Electromagnetismo, ondas, líneas de transmisión
Electromagnetismo y ondas electromagnéticas
En este preciso momento algo extraordinario, maravilloso, está ocurriendo a su alrededor… Miles de voces, de canciones, de imágenes, de datos; ¡hasta los ya lejanos ecos del nacimiento del Universo! están pasando a través de usted en un viaje hacia el infinito… Son ondas electromagnéticas, como la luz de las estrellas, como el calor del Sol. El Universo está repleto de electromagnetismo. Casi puede decirse que usted, yo y casi todo lo que conocemos está construido con esa mágica urdimbre.
Las ondas electromagnéticas están tejidas con con un par de misteriosas sustancias cuya naturaleza fundamental nadie conoce, pero que han formado parte de las experiencias infantiles de casi todos nosotros, cuando algún amiguito nos mostró que un peine frotado en una prenda de lana era capaz de atraer trocitos de papel, o cuando aprendimos jugando que un imán atraía trocitos de hierro.
Las ondas electromagnéticas son una especial combinación de «eso» que atrae el papel al peine, o el clavo al imán: Son resultado de la electricidad y el magnetismo, nombre con que se conocen los fenómenos que producen el peine y el imán respectivamente. Las ondas electromagnéticas se producen cuando las cargas eléctricas son aceleradas.
Las sencillas experiencias infantiles muestran los efectos de la electricidad y el magnetismos cuando ellas no varían con el tiempo (o lo hacen muy poco).
Los imanes y los peines cargados son bastante extravertidos, no solo informan al resto del universo su aparición sino que además le comunican cualquier cambio que pueda producirse en sus vidas porque influyen sobre el espacio que los rodea.
El hecho de que los papelitos o los clavos se mueven indica que sobre ellos se está ejerciendo una fuerza, por eso se dice que los cuerpos cargados de electricidad o magnetismo establecen en el espacio un «campo de fuerzas», si ese campo varía porque algo sucede en el cuerpo que lo produce, otro cuerpo cargado, en su vecindad, se enterará más tarde o más temprano de la novedad, porque las noticias en el universo se toman su tiempo para ir de un lado al otro, viajan muy rápido para lo que estamos acostumbrados, pero no parece tanto cuando las distancias llegan a ser verdaderamente importantes. Por ejemplo, si se produce un cambio en el magnetismo del Sol no nos enteramos hasta que hayan transcurrido unos ocho minutos; si el Sol estuviera en la otra punta de la galaxia tendríamos que aguardar cerca de 100 000 años para conocer la novedad ¡nuestra galaxia es de veras muy grande! En el universo electromagnético las noticias suelen viajar a 300 000 km por segundo; como sabemos, esa es la velocidad de la luz en el vacío. Los campos que acabamos de ver son «estáticos» y por ello las fuerzas que producen se llaman «electrostáticas» y «magnetostáticas», respectivamente, como hemos visto en el capítulo dedicado a la electrónica. El electromagnetismo es una de las cuatro fuerzas fundamentales de la naturaleza (las otras son la gravedad, la fuerza nuclear fuerte y la débil)
La combinación de los campos y magnéticos rápidamente variables que llamamos «campo electromagnético», es mucho más interesante para nosotros, porque los campos estáticos se atenúan muy rápidamente con la distancia, pero los electromagnéticos no, lo cual los habilita para acarrear información incomparablemente más lejos. La velocidad con que varían o cambian en el tiempo (que no es la velocidad con que viajan por el espacio, que es otra cosa), origina los conceptos de «frecuencia» y «longitud de onda», de eso dependerá como se manifestarán sus efectos en la práctica. A frecuencias altísimas puede presentarse como rayos X, a frecuencias menores puede percibirse como luz, un poco debajo de la luz puede ser la manera en que un cuerpo pierde calor por radiación (rayos infrarrojos), aún más abajo se manifiesta como «ondas de radio». Su naturaleza no se altera con la frecuencia, pero si lo hace su comportamiento y sus efectos sobre las cosas.
El campo electromagnético resulta de las «vibraciones» de los campos eléctricos y magnéticos asociados, estas vibraciones son, en algún sentido, como las ondas que produce una piedra en el agua de un estanque, surgen de un punto y se propagan en todas direcciones. Más adelante, en otros niveles de este manual se encontrarán descripciones más precisas de la naturaleza de este proceso.
Por ahora tendremos que conformaremos con saber que estas ondas son capaces de transportar energía y esta energía puede transportar información de casi cualquier tipo: voz, imágenes, datos, etc. Distintos tipos de información son susceptibles de ser metafóricamente «montadas» mediante algún procedimiento ingenioso sobre ondas electromagnéticas. Por su capacidad para transportar energía desde un punto a otro las llamamos «ondas electromagnéticas viajeras».
Todas las ondas electromagnéticas son perturbaciones del espacio que pueden producirse por causas naturales o artificiales que involucran fenómenos eléctricos o magnéticos. Todas las ondas de radio son ondas electromagnéticas pero no todas la ondas electromagnéticas son ondas de radio: La luz, los rayos X o los rayos infrarrojos son ondas electromagnéticas, mas no ondas de radio. En el pasado la diferenciación tenía más sentido porque las ondas de radio eran las que se utilizaban para trasmitir información, hoy, ya se emplean ondas de luz coherente moduladas en sistemas LASER entonces, convencionalmente, distinguiremos unas de otras por su frecuencia o longitud de onda.
Ya sabemos que una onda electromagnética se compone de un campo magnético y un campo eléctrico, ambos variables con el tiempo pero es necesario subrayar que nunca se presentan aislados, más aún la existencia de uno siempre da lugar al otro. Esto significa que jamás encontraremos ondas de radio que sean campos eléctricos o magnéticos aislados. En la figura vemos una representación en coordenadas cartesianas de una fotografía instantánea de la intensidad del campo eléctrico indicado con las flechas «E» y el campo magnético indicado con las flechas «H». Nótese que las fuerzas que producen los campos E y H (indicadas por las flechas) sobre una carga de prueba son perpendiculares entres si, y a su vez perpendiculares a la dirección del movimiento (sobre el eje z).
Polarización: Vimos que los planos que contienen las líneas de fuerza eléctricas forman ángulo recto con los que contienen las líneas de fuerza magnética y a su vez ambas forman ángulo recto con la dirección de propagación como se muestra en la figura. La dirección de los planos de oscilación de estas componentes respecto al medio por el cual se propagan juega un papel importante en la práctica. Se utiliza como referencia el plano de oscilación del campo eléctrico, y se lo denomina «plano de polarización de la señal», o simplemente «polarización«.
Hablamos, por ejemplo, de ondas polarizadas vertical u horizontalmente (con respecto al horizonte). En la práctica la polarización de la onda podrá variar en su interacción con el ambiente por el cual se está moviendo. También existen ondas con «polarización circular» o «polarización elíptica» (en ellas el plano de polarización, rota rápidamente con el tiempo).
Intensidad de campo: La intensidad de las ondas será naturalmente un factor importante. La relación entre la componente eléctrica y magnética está fijada por una constante, por ello basta con medir una de ellas para conocer indirectamente la otra. En la práctica es más fácil medir la intensidad del campo eléctrico que la del campo magnético y por eso se emplea la intensidad del campo eléctrico para caracterizar la intensidad de la señal. Suele medirse en «volts por metro» o en sus submúltiplos. Los aficionados suelen evaluar la intensidad de las señales recibidas en unidades «S».
Velocidad de propagación
Las ondas electromagnéticas viajan en el vacío a una velocidad cercana a los 300 000 km/s. Subrayamos «en el vacío», porque su velocidad puede ser bastante diferente cuando se propaga por medios diferentes, por ejemplo es menor en el agua. Es justamente la diferencia de velocidades en distintos medios la que da lugar al arco iris y a la refracción de las onda luminosas en el agua que produce ese curioso efecto en el cual una varilla recta parece quebrarse cuando se sumerge en agua clara. No es coincidencia que la velocidad de las ondas electromagnéticas sea idéntica a la de la luz, porque la luz es también una onda electromagnética.
Frecuencia y longitud de onda
Si pudiéramos tomar una fotografía instantánea de la onda electromagnética para detener su movimiento observaríamos que entre dos máximos (o mínimos) consecutivos en la intensidad del campo hay una cierta distancia espacial. Esa distancia se llama «longitud de onda». Si la frecuencia de vibración es mayor esos puntos se hallan más próximos y si es menor están más separados. La longitud de onda está absolutamente relacionada con la frecuencia a través de la velocidad de propagación y por lo tanto también depende de ella. La relación es muy simple y directa y se expresa como:
Velocidad de propagación en m/s
Longitud de onda en m = ————————————
Frecuencia en hertz
Una ecuación práctica para los usos de radio (idéntica) es:
Velocidad de propagación en Mm/s
Longitud de onda en m = ————————————–
Frecuencia en MHz
que en su uso común se convierte en:
300
Longitud de onda en m = ———————-
Frecuencia en MHz
Espectro radioeléctrico
Las ondas de radio pueden vibrar a distintas frecuencias, al conjunto de todas las frecuencias posibles se lo denomina «espectro radioeléctrico», por su similitud con el espectro luminoso, así denominado mucho antes de que se descubrieran las ondas hertzianas. Así como el espectro luminoso se divide en colores (que son franjas o bandas luminosas que pueden diferenciarse visualmente unas de otras), al radioeléctrico se lo divide en bandas. Aunque esta división es en parte arbitraria, cada banda presenta comportamiento propios que justifican esa subdivisión.
Podemos imaginar el espectro como una larga avenida, así como hay números para marcar las direcciones de los distintos domicilios, las frecuencias identifican a los diversos puntos en el espectro. Como en la avenida encontraremos zonas muy habitadas y zonas donde aún nadie se ha instalado. Por ejemplo: en el barrio de las Frecuencias Medias están instaladas prestigiosas residencias patricias, establecidas por los primeros colonizadores del espectro; allí viven, por ejemplo, las radios de broadcasting de amplitud modulada. Un poco más alejadas, en las frecuencias altas, están las emisiones conocidas popularmente como de «onda corta», zona muy populosa habitada por toda clase de personajes, radios de broadcasting de onda corta, radioaficionados, la banda ciudadana, comunicaciones con buques, comunicaciones militares, etc. Muchos de sus antiguos habitantes se han mudados a otras zonas más alejadas donde pueden emplear satélites o tendidos de fibras ópticas para realizar sus comunicaciones, cientos de agencias noticiosas que con sus teletipos trasmitían los «cables» con las últimas noticias o radiofotos, gran cantidad de esas comunicaciones telefónicas internacionales hoy se realizan en porciones del espectro más elevadas.
| Nombre | Abreviatura | Frecuencia | Longitud de onda en el espacio libre |
| Extremely Low Frequencies | ELF | 30 Hz – 300 Hz | 100 km – 1000 km |
| Vocal Frequencies | VF | 0,3 kHz – 3 kHz | 10 km -100 km |
| Very Low Frequencies | VLF | 3 kHz – 30 kHz | 1 km – 10 km |
| Low Frequencies | LF | 30 kHz – 300 kHz | 10 km – 1 km |
| Medium Frequencies | MF | 300 kHz – 3 MHz | 1 km – 100 m |
| High Frequencies | HF | 3 MHz – 30 MHz | 100 m – 10 m |
| Very High Frequencies | VHF | 30 MHz – 300 MHz | 10 m – 1 m |
| Ultra High Frequencies | UHF | 300 MHz – 3 GHz | 1 m – 100 mm |
| Super High Frequencies | SHF | 3 GHz – 30 GHz | 100 mm – 10 mm |
| Extremely High Frequencies | EHF | 30 GHz – 300 GHz | 10 mm – 1 mm |
| Luz Infraroja | 0,3 THz – 3 THz | 0,1 mm – 1 mm | |
| Luz Infraroja | 3 THz – 30 THz | 10 um – 100 um | |
| Luz Infraroja | 30 THz.- 300 THz | 1 um – 10 um | |
| Luz Visible | 0,3 PHz – 3 PHz | 0,1 um 1 um | |
| Luz Ultravioleta | 3 PHz – 30PHz | 10 nm – 100 nm | |
| Rayos X | 30 PHz -300 PHz | 1 nm 10 nm | |
| Rayos gamma | 0,3 EHz – 3 EHz | 0,1 nm – 1 nm | |
| Rayos cósmicos | 3 EHz – 30 EHz | 10 pm – 100 pm |
kHz = kilohertz, MHz = megahertz, GHz = gigahertz, THz = terahertz, PHz = petahertz, EHz = etahertz
Ancho de banda
Toda trasmisión de radio ocupa una espacio mayor o menor del espectro, del mismo modo que una construcción ocupa una pequeña parte en la avenida. Aunque el espectro radioeléctrico es extremadamente amplio tiene importantes restricciones, entre otras cosas porque no todas sus porciones son igualmente aprovechables; por ejemplo, hasta hace poco tiempo, antes de que los satélites artificiales, el cable coaxil y la fibra óptica se encargaran de la tarea, el mundo dependía del espectro de FE (HF) para muchas comunicaciones internacionales, intercontinentales o transoceánicas.
Otras regiones del espectro no servían para el propósito porque la porción de HF es la única que tiene el privilegio de la propagación ionosférica, donde las señales pueden viajar alrededor del mundo sin intermediación de estaciones repetidoras, cables o satélites artificiales. Había poco espacio y mucho tráfico radial, de allí que su aprovechamiento eficiente era insoslayable. Aunque hoy se disponen de más medios de transporte de señal y las frecuencias más elevadas del espectro son utilizables para largas distancias mediante los satélites artificiales, también se han multiplicado los servicios inalámbricos: más emisoras de radio y TV, más servicios de comunicaciones privadas, transportes de datos e información digital, telefonía celular, etc. demandan espacio, acomodar todas las trasmisiones continúa siendo imprescindible.
Algunas trasmisiones ocupan muy poco espectro y otras bastante más, por ejemplo: una trasmisión radiotelegráfica puede realizarse ocupando una porción de apenas unas decenas de Hz, mientras que una trasmisión de TV precisa casi seis millones de Hertz, eso hace que ciertos servicios, tales como la TV se sitúen en porciones del espectro donde hay más espacio disponible tal como el de FME (VHF) o superiores. En esas frecuencias las señales no alcanzan grandes distancias y se pueden compartir las mismas frecuencias en diferentes regiones pues no se producen interferencias entre estaciones alejadas entre si algunas decenas de kilómetros, aún así, las zonas superiores del espectro tienen más espacio disponible y hacen posible disponer servicios que consumen anchuras de banda que serían prohibitivas en las frecuencias inferiores pero la competencia por el espacio continúa duramente.
Armónicas
Se llaman armónicas a todas las frecuencia que son múltiplos enteros de una señal que para este fin denominamos «fundamental» o «primer armónica» (porque resulta de multiplicar a la fundamental por uno). Por ejemplo si la frecuencia fundamental fuera 3500 KHz, la primera armónica sería 3500 KHz (3500 x 1), la segunda armónica 7000 KHz (3500 x 2), la cuarta armónica 14000 KHz (3.500 x 4), y así sucesivamente.
Las frecuencias armónicas juegan un papel muy importante en los sistemas de radio porque toda onda periódica (1) que sufra la más ligera deformación respecto de una sinusoide pura, se compone de una onda cuya frecuencia es la fundamental, más la suma de una o más ondas de diversa amplitud (y fase) que son armónicas de ella.
Siempre que una onda periódica sufre alguna deformación respecto de una sinusoide pura aparecerán armónicas. Idénticamente puede decirse que cualquier onda periódica que una forma diferente a la sinusoide perfecta, estará compuesta por una fundamental más un grupo característico de armónicas.
Los circuitos electrónicos no siempre son capaces de producir o amplificar señales entregando ondas perfectamente sinusoidales. Esta distorsión que conlleva a la producción de armónicas se aprovecha para fines prácticos, sobre todo en etapas denominadas «multiplicadoras» de frecuencia, en las cuales se explota la aparición de armónicos para utilizarlos como señales útiles separándolos con circuitos apropiados de la fundamental y el resto de los armónicos. Así, por ejemplo utilizando un oscilador que opere en 3500 KHz con una forma de onda que contenga muchos armónicos puede seleccionarse mediante un circuito sintonizado uno de los armónicos (por ejemplo el cuarto) y valerse de él para producir señales en la banda de veinte metros (14000 KHz).
El funcionamiento normal de trasmisores produce señales armónicas indeseadas que pueden interferir otras comunicaciones, por eso es absolutamente necesario que incorporen en sus circuitos circuitos para impedir que alcancen la antena (filtros, etc.).
(1) Cuando la onda no es periódica pura, por ejemplo una portadora modulada, la señal puede descomponerse en la suma de dos o más ondas que no necesariamente son armónicas, tal como es el caso de las frecuencias o bandas laterales resultantes del proceso de modulación. En este caso cada ciclo de la onda «portadora» está levemente deformado pues la amplitud de la envolvente de modulación está aumentando o disminuyendo su amplitud al lo largo del tiempo.
Por esta razón si observáramos en un osciloscopio un ciclo de la onda modulada las apariencias nos engañarán pues aunque la sinusoide resulte virtualmente indistinguible de una perfecta hay una levísima deformación invisible al ojo pero que será responsable de las intensas bandas laterales normales en el proceso.
Nota importante: Las armónicas siempre se producen en el trasmisor (o en circuitos eléctricos alineales que puedan estar entre él y la antena), no en las antenas. Las antenas no producen armónicas, solamente pueden irradiarlas si es que las produjo algún trasmisor o equipo similar. Ciertas antenas podrán irradiar mejor las armónicas existentes que otras, de allí la mala fama de antenas multibanda tales como la Windom. Usted puede usar la antena que prefiera con tranquilidad, ella no producirá ninguna armónica, pero debe asegurarse que el trasmisor esté debidamente filtrado. Nota: en algunos casos falsos contactos en las conexiones de la antena o riendas de una torre pueden generar armónicas porque se producen uniones rectificadoras, pero esto no significa que las antena genere armónicas sino que un falla en ella es la responsable.
Espurias
Se llaman «espurias» a todas la señales indeseadas que puedan resultar de cualquiera de los procesos involucrados en la generación, amplificación o modulación de las señales de radio (a veces las armónicas recién descritas entran en esta categoría porque no se desean, pero una armónica no necesariamente es una espuria).
Las señales espurias pueden resultar de inestabilidades en los circuitos electrónicos que generan las señales (tales como oscilaciones parásita, autooscilaciones, etc.), de circuitos alineales, pasivos o activos que deforman las señales que los atraviesan o de sobre modulación de los equipos utilizados (si son de AM) o sobrecarga (si son de BLU) de sus amplificadores. Por ejemplo un amplificador lineal adosado a la salida de un equipo es «lineal» solo en la intención de su fabricante o la imaginación de su dueño, en la práctica es un elemento verdaderamente alineal que, operado incorrectamente puede convertirse en más alineal…
Cuando una correcta señal de radiofrecuencia, modulada o no, es aplicada a él, esa señal puede resultar severamente distorsionada dando lugar a la aparición de armónicas o productos de intermodulación que producen severas interferencias en los canales adyacentes conocidos comúnmente como «salpicaduras» (splatters).
Las señales espurias son una verdadera plaga que hay que combatir permanentemente para mantener nuestras bandas en condiciones operativas tales que permitan comunicaciones en las mejores condiciones posibles.
Siendo nuestra actividad experimental, es probable que nuestras trasmisiones produzcan espurias en sus fases de prueba y verificación. Debemos ser muy tolerantes en este sentido con los demás, siempre y cuando quien las esté produciendo esté realmente tratando de sacar adelante su experimento, eso no significa que tal equipo pueda ser utilizado para conversar «de bueyes perdidos» ocasionando trastornos a otros colegas o servicios. Nosotros seremos muy cuidadosos y estaremos atentos a al llamado de atención de un colega que nos señale algún desperfecto de esta clase. Siempre atenderemos su reclamo con respeto y buena disposición, agradeciéndole el tiempo que nos dedica y comprendiendo su disgusto si de algún modo lo hemos perturbado con nuestra involuntaria falla. Un verdadero radioaficionado jamás es el personaje prepotente que considera que la falla radica en el receptor o las instalaciones de sus colegas, sino, por el contrario aquel permanentemente dispuesto a verificar la calidad de su trasmisión con la ayuda y consejo de sus pares quienes gustosamente se pondrán a su disposición para resolver el problema o ayudar a verificar si realmente lo hay.
Líneas de trasmisión
Para transportar señales de radiofrecuencia desde un equipo a otro o desde un trasmisor hasta la antena se utilizan. cables o alambres conductores diseñados especialmente para ese trabajo. Los llamamos colectivamente «lineas de trasmisión». Una línea de trasmisión ideal no irradia energía ni tiene pérdidas. Las más comunes hoy en día son las de cable coaxil, muy parecidos (a veces los mismos) a los empleados en la instalación doméstica de videocable.
Se construyen diversos tipos de líneas, por ejemplo: las realizadas con dos alambres separados por un espacio de aire, conocidas como «líneas abiertas (Open Wire)», las «líneas de cinta (Twin Lead)» (muy populares hasta hace no mucho tiempo para conectar las antenas de TV domésticas al aparato receptor), «líneas de par retorcido (Twisted Pair)», etc. En párrafos siguientes se describen con cierto detalle algunas de las más populares.
Las líneas de trasmisión tienen distintas propiedades que importan de acuerdo al uso que se planea darles como por ejemplo la impedancia característica, la potencia que soporta, las pérdidas que introduce; hay que tenerlos en cuenta para elegir la más apropiada para cada aplicación
Una línea de trasmisión es un dispositivo pasivo realizado con materiales conductores que es capaz de transportar energía de un punto a otro, por eso también son líneas de trasmisión los tendidos eléctricos, los cables de redes de computadoras o las líneas telefónicas. Los radioaficionados empleamos casi todas las clases en nuestro hobby. Para conducir señales de radio pueden consistir en un simple cable unifilar, un cable de dos hilos paralelos separados por un aislante continuo, un cable coaxil, un par de conductores paralelos separados cierta distancia (línea abierta), un tubo hueco de sección circular o rectangular (guía de onda), etc.
La línea de trasmisión más utilizada en la estación de aficionados moderna es la coaxil, con sus distintas variantes pero los demás tipos siguen teniendo vigencia en numerosas instalaciones.
Impedancia característica de la línea (Zo)
Si contáramos con una línea de longitud infinita (en la práctica se logra lo mismo con una muy larga), podríamos verificar que cuando aplicamos una tensión de radiofrecuencia a sus terminales de entrada, se produce una corriente idéntica a la que existiría si en lugar de la línea se hubiera conectado una resistencia de cierto valor.
Este valor de resistencia recibe el nombre de «impedancia característica de la línea». La impedancia característica de las líneas habitualmente empleadas en la estación es prácticamente resistiva en los rangos de frecuencia usuales (pero no siempre es así). El nombre deriva de un concepto de la teoría de los circuitos que abarca casos más generales. La impedancia característica de las líneas comunes puede variar desde unos pocos hasta varios centenares de ohms.
En los terminales de entrada de una línea cuya impedancia característica fuera, por ejemplo, 50 ohms, únicamente hay 50 ohms cuando cuando su longitud es extremadamente larga o cuando sobre sus terminales de salida se conecta un dispositivo que presente una resistencia pura de 50 ohms (igual a su impedancia característica).
Si la carga poseyera otro valor, la línea nunca presentará sobre sus terminales de entrada 50 ohms puramente resistivos. El valor que aparezca dependerá de su longitud siguiendo una ley perfectamente definida.
Cuando a la línea se le conecta una carga que posee una resistencia igual a su impedancia característica, se dice que está utilizada en modo «plano», «no resonante» o que «es aperiódica».
Este modo de operación tiene algunas ventajas, entre otras que las pérdidas de la línea son las mínimas posibles para ella y que el valor de la impedancia de entrada no varía en absoluto cuando cambia su longitud.
Si midiéramos la tensión (media o eficaz) en diversos puntos situados a lo largo de una línea plana, supuesta sin pérdidas, veríamos que esta tensión es igual en todos los puntos de la línea, dependiendo únicamente de la tensión del generador. Del mismo modo, la corriente que circula será igual en todos los puntos de la línea (recuérdese que se está hablando de una línea sin pérdidas)..
Relación de ondas estacionarias – ROE (Standing Wave Ratio – SWR)
Las ondas que transportan energía desde el generador de tensión de RF a una carga conectada en los terminales de salida, se llaman «ondas viajeras», porque se desplazan (viajan) de un lugar a otro (transportando energía).
Si conectamos a los terminales de salida de la línea una impedancia diferente de la característica, notaremos que la tensión o la corriente medidas en diversos puntos a lo largo de la línea, varía siguiendo un patrón de tensión y corriente ondulante (a diferencia con el ejemplo del título anterior).
Observaremos que en ciertos puntos la tensión de radiofrecuencia es máxima (vientres) y en otros será mínima (nodos) pasando por valores intermedios entre ellos.
Esta ondulación también tiene la forma de una onda pero no es una onda electromagnética, ni de radiofrecuencia, ni tampoco es sinusoidal, es simplemente un esquema que representa la tensión o corriente eficaz (o media) medidas a lo largo de la línea (por ejemplo ocn un voltimetro o amperímetro de RF).
Esta onda no es una onda viajera (permanece fija sin desplazarse si no se cambian las condiciones del sistema). Por esta razón tampoco pueden transportar energía alguna.
Esas ondulaciones reciben el nombre de«ondas estacionarias». La relación (cociente) entre la tensión o corriente (media o eficaz) máxima y la mínima, se llama «Relación de Ondas Estacionarias».
Si empleamos una línea que está presentando ondas estacionarias (aprovechando, quizás, alguna de las ventajas que reporta), se dice que se está utilizando a la línea en modo «resonante» o bien que es «una línea resonante».
Recuerde: «una línea resonante» no es una «tipo» de línea, sino una forma de operación de las mismas.Cuando se transporta energía y en la línea hay ondas estacionarias, las pérdidas serán mayores que si no hubiera ondas estacionarias cualquiera sea el tipo de línea.
Ese aumento puede ser despreciable o muy elevado, dependiendo del caso. Las ondas estacionarias introducen pérdidas adicionales. Estas pérdidas serán mayores cuanto mayores sean las pérdidas de esa misma línea si operase sin ondas estacionarias: una línea coaxil barata, larga operando en frecuencias moderadamente altas de HF ya tiene algunas pérdidas, y estas pérdidas adicionales pueden convertirlas en inaceptables con altos niveles de ROE (alto = bastante más que 3:1).
Eso le ha dado cierta mala fama al coaxil, pero la verdadera combinación letal es: altas pérdidas sin ROE + alta ROE + gran longitud.
Esto implica que cualquier línea puede operar muy bien con estacionarias a condición de que las pérdidas en modo plano sean suficientemente bajas o que la línea sea suficientemente corta, siempre que no se superen los valores máximos admisibles de tensión y corriente. Dependerá de sus características constructivas que sea o no posible hacerlo.
Persiste la errónea creencia que las líneas coaxiles no pueden operar en modo resonante porque «tienen muchas pérdidas», eso es cierto únicamente si el coaxil ya de por si presenta pérdidas importantes cuando se opera en modo plano o cuando la líneas es muy larga y las estacionarias altas, si no es así, puede utilizarse un cable coaxil en modo resonante sin inconvenientes aprovechando alguna ventaja posible de esta operación.
Ciertamente la construcción de una línea abierta de reducidas pérdidas en HF, es muchísimo más económica que una coaxil de iguales condiciones y puede ser conveniente emplearlas bajo ciertas circunstancias, pero debe recordarse que para acoplarlas a los equipos modernos se requieren dispositivos de adaptación y balunes (los cuales también introducen pérdidas).
En cada caso habrá que evaluar las ventajas y desventajas de utilizar una u otra con relaciones de ondas estacionarias más o menos importantes. Si la ROE es baja (por ejemplo 3:1), normalmente no habrá ningún inconveniente con la mayoría de los coaxiles usuales, especialmente en HF.
El lector probablemente escuchará en radio terribles historias acerca de los mitológicos peligros de la ondas estacionarias. Puede hacer caso omiso de casi todas ellas, pues la mayoría surge de una comprensión incompleta o equívoca del fenómeno. Aunque en ocasiones, pueden ocasionar situaciones peligrosas (para los equipos), lo mismo puede decirse del automóvil, la energía eléctrica o los cuchillos… Las ondas estacionarias son herramientas útiles y amigables cuando aprendemos a sacar provecho de sus extraordinarias propiedades.
Coloquialmente suele oírse en las conversaciones radiales: «ajusté la ROE de mi antena» o «pude bajarle la ROE a la antena». Recordemos que la ROE no es algo que «tengan las antenas», sino una información acerca de lo que esta sucediendo en las líneas de trasmisión. Al ajustar una antena tratamos de disminuir la ROE sobre la línea, no de la antena… (nota: sobre la antenas en si misma también existen ondas estacionarias, pero son «otras ondas estacionarias», no aquellas que se miden con el medidor de ROE o que preocupan al aficionado, estas últimas, repetimos, solo existen en la línea)
Ondas incidentes y reflejadas
Las ondas estacionarias resultan de la composición de dos ondas viajeras, una que se dirige desde el generador hacia la carga y otra reflejada por la carga que se mueve desde la carga hacia el generador.
Imagine una línea infinitamente larga a la que se le conecta un generador de RF. Puesto que la energía no puede propagarse por la línea a velocidad infinita, a medida que pasa el tiempo avanzará por la línea y mientras tanto la línea continúa absorbe más del generador (algo similar a lo que sucedería en una manguera muy larga que se va llenando). Sucedería otro tanto si usted comenzara a sacudir una cuerda también infinitamente larga.
Cuando la energía parte del generador no tiene modo de «saber» si la línea es infinitamente larga o no. Suponga que a los pocos segundos alguien interrumpe la línea ¿qué pasará con la señal que inició el viaje?. Mientras la energía no llegue al punto de interrupción (que puede estar muy alejado) nada sucede, pero cuando alcanza el punto de discontinuidad ¡se encontrará con que no puede seguir avanzando!. Eso mismo sucede con la cuerda si las ondulaciones producidas al sacudirla tropezaran con una pared.
Si realizamos la experiencia veremos que la onda se refleja en la pared y comienza un viaje de retorno hasta nuestra mano. Lo mismo sucede con la señal de RF; al alcanzar el punto de la discontinuidad es reflejada y devuelta íntegramente hacia el generador.
A la onda que sale del generador y se dirige hacia la carga se la llama «onda incidente»; la onda que regresa desde la discontinuidad hacia el generador recibe el nombre de «onda reflejada».
Si el generador continúa enviando ondas hacia la carga mientras las ondas reflejadas retornan hacia él, ambas se cruzan en el camino sin estorbarse (este fenómeno se conoce como «principio de superposición»).
Surge una pregunta: ¿qué sucederá cuando la onda reflejada regrese al generador que le dio nacimiento?. La creencia popular es que el generador (o trasmisor) absorberá la energía reflejada en su resistencia interna. Pero en realidad eso no sucederá a menos que se tomen medidas específicas para conseguirlo, por ejemplo, instalar entre el generador y la línea un atenuador resistivo (como se hace en los buenos generadores de RF de laboratorio).
Normalmente entre el generador (trasmisor) y la línea se intercala algún dispositivo de adaptación de impedancia que, además de cumplir con ese fin, reflejará de nuevo la energía hacia la carga, con lo cual resulta que la energía ni se pierde ni es absorbida por el generador como a veces se cree erróneamente (si la línea tiene excesivas pérdidas, si, se pierde energía en este proceso de vaivén). Lamentablemente la demostración excede el nivel de este sencillo libro inicial, puede consultarse el sobresaliente artículo de Walter Maxwell «Another look on reflections» para comprender el fenómeno.
Tanto las ondas incidentes como las reflejadas tienen existencia física y resultan un concepto útil para entender los fenómenos de las líneas, aún así, no es conveniente emplear ese concepto para extrapolar intuitivamente resultados, pues cualquier simplificación de la idea se convierte rápidamente en fuente de complicaciones y errores innecesarios. Por el momento baste aceptar que la «potencia incidente» y la «potencia reflejada» nos proveen una información útil acerca de la adaptación de la carga a la antena, sin avanzar mucho más, así:
- Cuando la potencia reflejada es cero, la antena o carga presenta a la línea una impedancia igual a la característica. Esta suele ser una condición deseable (aunque no siempre), facilitando la adaptación al equipo y originando pocas pérdidas adicionales.
- Cuando la potencia reflejada es distinta de cero, la antena presenta una impedancia diferente de la característica de la línea y esto puede ser un inconveniente o una ventaja, según lo que se pretenda. Normalmente se tratan de evitar por diversas razones, pero recuerde que no es un imperativo que así sea.
- Si la línea no posee muchas pérdidas propias, la potencia neta que se está emitiendo es la diferencia (resta) entre la potencia directa y la reflejada y no necesariamente este valor será significativamente menor que el que existiría en ausencia de potencia reflejada. Recuerde: ¡Normalmente la potencia reflejada no se pierde!
- Si la línea muestra algún valor notable de potencia reflejada (tal vez superior al 10% o 20% de la incidente, puede ser necesario intercalar algún dispositivo adaptador de impedancia entre la línea y el equipo si este ya no lo posee o ajustar la antena para adaptarla mejor a la línea. Recuerde, no es la potencia reflejada la que daña al equipo, es la desadaptación de impedancias. Peor aún, un dispositivo adaptador de impedancias mal ajustado puede destruir al equipo más rápidamente que la desadaptación de la línea, hay que ser muy cuidadosos con su ajuste…
Tanto la onda incidente como la reflejada son tensiones eléctricas alternas cuyo valor instantáneo varía con el tiempo, eso se vería en un osciloscopio; pero su valor medio o eficaz no varía con el tiempo y es el que mediríamos con un voltímetro de corriente alterna (suponiendo un onda continua, CW). Una onda estacionaria (de tensión), no varía con el tiempo. Es el valor de tensión media o eficaz a medida que nos desplazamos a lo largo de la línea el que varía.
Las ondas reflejadas aparecen cuando hay una diferencia entre la impedancia de carga y la impedancia característica y la ROE permite cuantificar esa diferencia. Utilizando solamente valores resistivos es fácil calcular la ROE, basta dividir la resistencia de carga por la impedancia característica (o al revés, colocando el valor mayor en el numerador) y ese resultado es la ROE que tratamos de averiguar.
Por ejemplo si la resistencia de carga fuera 100 ohms y la impedancia característica 50, la ROE sería 100/50=2 que se escribe 2:1. Igualmente si la resistencia de carga fuera 25 ohms y la impedancia característica 50, la ROE sería 50/25=2, que también se expresa 2:1…
Pérdidas en las líneas de trasmisión
Las pérdidas en la línea de trasmisión pueden resultar perjudiciales (excepto cuando la línea se aprovecha como atenuador). Normalmente la energía se perderá por tres mecanismos principales:
- Por resistencia en los conductores asociados -Calor- Efecto Joule.
- Por pérdidas dieléctricas en los materiales aisladores empleados (normalmente en frecuencias ultra elevadas) – Calor.
- Por radiación electromagnética. Radiación
Las pérdidas son mayores si la señal tiene que recorrer una mayor distancia por la línea, por lo tanto siempre aumentan con la longitud.
Aumentan con la frecuencia porque la resistencia de los conductores también lo hace (efecto pelicular).
Aumentan con la frecuencia porque la disipación de energía del dieléctrico también lo hace (aunque normalmente son despreciables en HF y VHF .
Pérdidas adicionales por ondas estacionarias
Una línea de trasmisión tendrá más pérdidas si sobre ella hay ondas estacionarias. Ello es válido para cualquier tipo de línea.
Otras propiedades de las líneas de trasmisión
Aunque el uso natural de las líneas de trasmisión sea el transporte energía de un punto a otro, ellas tienen muchas otras propiedades eléctricas que pueden aprovecharse, sobre todo en radiofrecuencia. Con una sección de línea de trasmisión puede construirse:
- Un circuito resonante serie.
- Un circuito resonante paralelo.
- Un inductor.
- Un capacitor.
- Un dispositivo balanceador.
- Un transformador.
- Un adaptador de impedancias.
Casi todas estas aplicaciones son posibles gracias a la existencia de ondas estacionarias, de allí nuestra insistencia en apreciar esta propiedad de las líneas. Además la mayoría de estos dispositivos construidos con líneas se comportan mejor en cuanto a pérdidas y factor de calidad que sus similares realizados con componentes discretos.
Líneas más comunes
El aficionado Novicio encontrará que es mucho más fácil emplear una línea coaxil convencional para sus sistemas, tanto en HF como en VHF o UHF. Las antenas más simples (por ejemplo los dipolos de media onda) se adaptan convenientemente a ellas y las comerciales se diseñan casi siempre para estas. A medida que se progresa en la actividad, se descubren alternativas interesantes para experimentar, aprovechando así las ventajas de otros tipos, tales como las líneas abiertas, las cintas o las monofilares.
Línea coaxil
La línea coaxil es la más utilizadas en radio, prácticamente todos los sistemas profesionales se basan en ellas por sus inherentes ventajas. Su principal inconveniente es que en altas frecuencias resulta más caro construir líneas coaxiles de bajas pérdidas (debido a que normalmente son de impedancias moderadamente bajas), esto significa que cualquier limitación que se adscriba a una línea coaxil será sobre todo de naturaleza económica, no técnica. La propiedad principal de la línea coaxil es su blindaje. en una buen línea coaxil la señal es transportada en su interior y no puede ser afectada por campos electromagnéticos exteriores a ella, ni por los objetos que la rodean. esto permite utilizarlas enterradas, dentro de tuberías o en ambientes electricamente muy ruidosos. Contrariamente a lo que se cree una línea coaxil puede irradiar energía si la antena a la cual está conectada no está balanceada o no se dispone de un dispositivo balun. Esto no significa que la energía escape o traspase el blindaje, sino que la irradiación se produce por otras causas.
Las más convenientes y populares son las de 50 ohms y 75 ohms. No es muy importante uno u otro valor, especialmente cuando se emplean con dipolos o antenas similares y sobre todo en HF donde no se conoce con seguridad cuál será la impedancia de las antenas (depende de su emplazamiento real).
Las de 75 ohms son muy empleadas en sistemas de videocable y son recomendables por su bajo costo y pérdidas. Ya sea que la línea coaxil sean flexibles o rígidas vale la pena emplearlas tanto en HF como en VHF.
Las más populares se conocen por su código militar que comienza con las letras RG, por ejemplo RG-58 es una línea de 50 ohms de usos generales, flexible, para potencias bajas o medianas, no recomendable para uso en VHF (excepto quizás para tramos cortos), la línea RG-59 es similar, pero de 75 ohms existen versiones con aislante interno de espuma (foam) de excelente comportamiento para HF y VHF con longitudes moderadas.
Las RG-8 o RG-213 son líneas flexibles de aproximadamente 50 ohms, para las potencias usuales mayores en HF; sus pérdidas relativamente bajas las hacen aptas para VHF en longitudes usuales. La RG-11 es similar pero de 75 ohms. También aquí las versiones cuyo interior es de espuma tienen menores pérdidas .
Como guía: emplee tranquilamente las RG-58 o RG-59 para los usos normales en HF y, siempre que sea posible, las RG-8 o 213 para la instalación de VHF/UHF. Existen mejores opciones, claro, pero los costos serán mayores…
Conviene señalar que el llamado efecto pelicular restringe la corriente a las regiones cercanas a la superficie de los conductores (gracias a eso un blindaje actúa como tal), por esta razón la «verdadera línea» está constituida por la capa exterior del conductor central, la capa más interior del blindaje y el dieléctrico. No forma parte de la línea la superficie exterior del blindaje, ella se comporta como si fuera otro conductor separado. Tampoco, en general, forma parte de la línea el núcleo interior del conductor central.
Hay líneas coaxiles en las que se minimiza (o aún se anula) el dieléctrico, en las que prácticamente se eliminan las pérdidas dieléctricas que comienzan a ser importantes en la región de las microondas.
Línea de cinta (twin lead)
La línea de cinta, fue hasta hace poco tiempo muy utilizada en el hogar para la antena de TV. Es una cinta plana, de dos conductores aislados separados por una lámina de plástico, que no tiene muchas pérdidas en VHF. Su impedancia característica nominal es de 300 ohms. Se presta para construir dipolos del tipo plegado improvisados (pues no son mecánicamente resistentes). Requieren algún tipo de transformador/balanceador (balun) para acoplarse a los equipos normales con salida para cable coaxil de baja impedancia. Actualmente casi no se emplean.
Línea de par retorcido (twisted pair)
Es una línea preparada para trabajar en forma balanceada.
Aunque prácticamente no se utilizan en radiofrecuencia, vale la pena mencionarlas porque siempre se puede salir de un apuro empleando un cable retorcido del tipo usado comúnmente en el hogar (cable «de velador»). Su impedancia característica es baja con lo cual no operarán con mucha relación de ondas estacionarias con un dipolo de media onda y sus pérdidas no son muy importantes en el espectro de HF.
Vale la pena apuntar que las líneas de par retorcido se emplean en el transporte de datos en redes de computadora, lo que demuestra sus bondades teniendo presente que las más comunes operan con velocidades del orden de los 100 MBit/s. El cable de red conocido popularmente como UTP (Unshielded Twisted Pair o Par retorcido no blindado) consiste de varias líneas de este tipo dentro de una misma vaina.
Línea abierta (Open Wire)
La línea abierta es una línea muy apreciada por los radioaficionados de todo el mundo. Tal vez la evocación de un pasado más romántico influya en su popularidad más que las verdaderas bondades de la misma.
Su principal (y tal vez única) ventaja radica en su baja pérdida cuando opera con altos niveles de ondas estacionarias (sobre todo en el espectro de HF donde su construcción es práctica).
Es una línea preparada para operar en forma balanceada, esto significa que la corriente en sus conductores debería ser siempre del mismo valor y de sentidos opuestos a lo largo de la misma.
Es bastante frecuente encontrarlas acopladas a un simple alambre de dimensiones razonables (generalmente igual o cercanos a la media onda en la frecuencia más baja de operación), alimentado en el centro o en el extremo para salir del paso en la operación multibanda (el precio a pagar por esa «comodidad», será un diagrama de radiación complicado con nulos importantes en unas cuantas direcciones).
Ya sea que se la utilice con o sin ondas estacionarias requiere, salvo casos especiales, de algún dispositivo adaptador de impedancias (posiblemente también un balun) para su acoplamiento al equipo, pues la impedancia característica de las normales difiere mucho de la impedancia de carga que esperan los trasmisores y transceptores que se han estandarizado en los últimos cincuenta años (50 ohms).
Pueden emplearse sin acoplador con un balun 1:1 en el lado del equipo, si su longitud es exactamente 1/2 onda a la frecuencia de resonancia de un dipolo de media onda, gracias a la propiedad de todas las líneas de media onda (eléctrica) de repetir en su entrada el valor de la impedancia de carga.
Aunque tienen pérdidas dieléctricas despreciables (pues el aire seco es un dieléctrico de bajas pérdidas), y los aislantes modernos usados en los separadores prácticamente no influyen hay que considerar las pérdidas por resistencia y por radiación.
Las pérdidas por radiación se harán notar más si la línea debe instalarse en las cercanía de objetos que puedan absorber energía (paredes húmedas, torres, etc.).
Si se la puede instalar para que su recorrido esté bien despejado, su posible radiación podría no considerarse una verdadera pérdida (solo modificará ligeramente el diagrama previsto para la antena).
Al no estar blindadas son más susceptibles de captar ruidos inducidos por cables o artefactos que puedan estar cerca de su recorrido.
Una línea de trasmisión ideal no debe irradiar energía, para ello el campo producido por uno de los conductores tiene que cancelarse con una corriente igual y opuesta circulando por el adyacente. Si los conductores están separados más que una pequeña fracción de la longitud de onda de trabajo los campos no llegan a cancelarse totalmente y la línea comienza a dejar escapar energía. Por esa razón su construcción no resulta práctica a medida que las frecuencias son más elevadas.
Aunque los campos producidos por ambos conductores se cancelan mutuamente entre si, esto no sucede en las regiones muy cercanas a dichos conductores, eso significa que no habrá energía radiofrecuente de la línea en regiones relativamente alejadas de la misma, pero si en sus cercanías. Esto ocasiona problemas en circuitos sensibles ubicados en sus proximidades y naturalmente también, por la misma razón, es afectada por la cercanía de objetos, especialmente metálicos (debe mantenerse separada de los objetos metálicos una distancia del doble, al menos, de la separación existente entre sus conductores).
Aunque suele decirse que línea abierta «es balanceada», en realidad debería decirse que suele operársela de manera que «esté balanceada»; estas líneas no siempre se operan en modo balanceado sin que esto implique una falla o deficiencia, pero el modo balanceado es el más común, sin embargo para que la línea esté balanceada, su carga también debe estarlo; si se la conecta por ejemplo a un dipolo que esté desbalanceado (por cualquier razón) las corrientes (o fase) en uno y otro de sus conductores ya no será la misma, ocasionando que los campos no se anulen entre si y que la línea irradie. Lo mismo es válido para cualquier línea bifilar no blindada. A diferencia del cable coaxil, no es fácil eliminar la radiación disponiendo un balun de corriente sencillo (por ej. un choke balun).
Línea de cinta impresa (Microstrip line)
Dentro de los equipos es muy empleada una línea conocida como «Microstrip» (strip = cinta) consistente en una cinta de cobre sobre un substrato conductor, generalmente confeccionada con circuitos impresos. Muchas veces lo que parece una simple «pista» o «traza» del circuito, es en realidad una línea de trasmisión. Son muy utilizadas en equipos de VHF/UHF aprovechando las propiedades de toda línea de trasmisión para comportarse como capacitores, inductores o transformadores de impedancia.
Pérdidas dieléctricas
Las pérdidas dieléctricas se producen porque la distribución eléctrica de las cargas de las moléculas que forman parte del material aislante se modifica (polarización) al ritmo de las variaciones de tensión instantánea que impone la señal de radiofrecuencia. Este continuo desplazamiento o reorientación de las cargas consume energía que se transforma en calor, los dieléctricos presentan pérdidas por histéresis similares a los materiales magnéticos.
En algunos libros se refiere a este fenómeno como una suerte de «fricción molecular» para dar idea de lo que sucede pero la analogía es desafortunada. Es el mismo fenómeno que se aprovecha en los hornos de microondas domésticos.
Las pérdidas dieléctricas del material aislante de la línea aumentan linealmente con la frecuencia y, con los materiales aislantes modernos, comienzan a ser notables en la gama alta de UHF y en las microondas. Contrariamente a lo que se cree, son absolutamente despreciables en HF y VHF, donde prácticamente la única fuente de pérdidas está dada por la resistencia de los conductores (y, a veces, la radiación)
Pérdidas en los conductores
Las pérdidas en los conductores son responsables de las pérdidas en casi toda las bandas usuales en que operamos nuestras líneas de trasmisión. Se producen en su resistencia la cual está fuertemente influida por el «efecto pelicular» (explicado en otra sección de este manual). Ellas, aumentan con la raíz cuadrada de la frecuencia, quiere decir que se duplican cada vez que la frecuencia aumenta cuatro veces, lo cual es fácil advertir, por ejemplo, en las tablas de pérdidas de los cables coaxiles..
Aunque usualmente se asocian las pérdidas en los coaxiles en las zonas usuales del espectro con las pérdidas dieléctricas, no es correcto; las líneas coaxiles poseen mayores pérdidas que las líneas abiertas comunes, por su baja impedancia característica, no por su dieléctrico. La menor impedancia característica requiere más corriente para transportar la misma energía, por lo cual la resistencia de los conductores influye más; esto es similar a lo que sucede en las líneas de distribución de energía eléctrica.
Los dieléctricos de espuma (foam) tienen menor constante dieléctrica, por lo tanto, para obtener la misma impedancia característica, se precisan conductores centrales de mayor diámetro, eso hace que disminuyan las pérdidas resistivas y no «la menor cantidad de material dieléctrico» como se suele pensar..
Pérdidas por radiación
Las pérdidas por radiación se producen cuando los efectos de las corrientes, circulando en sentido opuesto sobre ambos conductores de una línea bifilar o coaxil, no logran cancelarse mutuamente. Una cancelación perfecta sucedería únicamente si ambos conductores de la línea abierta están infinitamente próximos y la corriente en ambos fuera idéntica; cuando la separación de los conductores comienza a ser importante en términos de longitudes de onda esa cancelación ya no puede producirse. En un cable coaxil la radiación puede suceder, además, por un blindaje insuficiente de su conductor exterior.
La toma de tierra (ver si es más conveniente en Seguridad)
Hay dos tomas de tierra absolutamente indispensables en la estación de radioaficionado:. La del pararrayos y la de seguridad de la instalación eléctrica interna domiciliaria. La primera porque cuando se produce un rayo entre una nube y la tierra las energías involucradas, no solamente pueden dañar los equipos e instalaciones de la estación, sino que pueden ser letales y llegar a ocasionar daños materiales de gran importancia, además de incendios y otros efectos colaterales igualmente peligrosos. El pararrayos y su toma de tierra requiere nuestra máxima atención.
La toma de tierra del pararrayos debe situarse en la base del mismo. Para servir al propósito estos dispositivos precisan una conexión corta, recta (o con pocas curvas suaves) y directa a la toma de tierra de varias jabalinas enterradas de acuerdo a las normas.
La de seguridad domiciliaria es necesaria porque la mayoría de los equipos de aficionados y demás accesorios (computadoras, etc.) están vinculadas a la línea de alimentación eléctrica y poseen en su interior elementos de filtrado o dispositivos que ante una falla podrían poner uno varios equipos a potencial vivo (ver capítulo de corriente alterna) lo cual es muy peligroso. Las compañías eléctricas, históricamente han utilizado a la tierra como uno de los conductores del tendido, para facilitar el transporte de energía y abaratar costos de cableado, dando lugar así a un peligro permanente que ya ha cobrado muchos miles de vidas por electrocución. Las organizaciones que atienden a la preservación de la vida y los derechos humanos tendrían un buen caso si advirtieran esta grave falla para la seguridad colectiva. Mientras tanto no debe omitirse una toma de tierra eléctrica (y si es posible un interruptor diferencial). La toma de tierra eléctrica solo requiere un camino confiable, de baja resistencia. No importa demasiado su recorrido mientras no sea excesivamente largo o posea mucha resistencia. La toma de tierra, normalmente una o más jabalinas, debe responder a las normas de una buena ingeniería. Conexiones improvisadas a tuberías de agua, canillas o similares son peligrosas.
Tomas de tierra para radiofrecuencia
La toma de tierra para radiofrecuencia es muy importante, pronto advertirá que casi todos los problemas de la vida del radioaficionado parecen solucionarse poniendo algo a tierra… La malla del coaxil, el chasis del equipo, la masa del micrófono, la computadora… desde los chirridos del amplificador de micrófono hasta los «bugs» de su sistema operativo favorito de la PC… Es broma, por supuesto, pero es cierto se le adjudican a la toma de tierra más propiedades de las que realmente posee; aunque ella sirve, ciertamente, para variados fines:
Por un lado ayuda a que varias tensiones de ruido existentes en el tendido eléctrico domiciliario puedan canalizarse convenientemente por los filtros de línea incluidos en los buenos equipos electrónicos modernos, pues ellos se han diseñados para utilizarla específicamente. Al mismo tiempo provee una camino adecuado para la conexión de los blindajes de las líneas coaxiles que derivarán a tierra los posibles ruidos eléctricos inducidos en ellas evitando que cierren su camino a tierra a través del conexionado de nuestros equipos (para ello la tierra debe ser conectada antes que estos cables lleguen al equipo).
Otra función útil de la toma de tierra (cuando se la conecta entre cerca de la salida de RF del trasmisor), es derivar las corrientes de radiofrecuencia producidas por asimetrías en las antenas balanceadas o inducciones de RF sobre sus líneas de alimentación y cableados accesorios, evitando que circulen por circuitos sensibles o molesten al operador (chasis «vivos»). Si la antena esta bien balanceada no hace falta una toma de tierra de radiofrecuencia (si de seguridad) para que su sistema trasmita eficazmente. Al conectar el equipo a tierra se evita que por situaciones como la descrita el chasis tenga un potencial de RF elevado respecto de tierra capaz de producir molestias o aún quemaduras en la piel, sobre todo cuando se toca con los labios la carcasa metálica de algún micrófono.
Existen antenas que requieren de la tierra para su funcionamiento, las tipo Marconi, Windom, «L», etc. son típicos ejemplos. Cuando se emplean esta clase de antenas, también hay chances de que el equipo alcance un elevado potencial de radiofrecuencia respecto de tierra que puede producir problemas en los circuitos internos, tales como chirridos, zumbidos, etc. (generalmente por un diseño electrónico o apantallado inadecuado), cuando ese potencial impone en los chasis, cables de micrófono, alimentación, etc. corrientes de RF relativamente importantes.
Dedíquele a la tierra de radiofrecuencia los cuidados necesarios para que funcione como se espera. Su longitud debe ser muy corta en relación a la longitud de onda de trabajo. Su inductancia debe ser suficientemente baja para que la reactancia también lo sea, esto se consigue disponiendo conductores de generoso diámetro (que pueden ser huecos de paredes muy delgadas) o cintas anchas. Las cintas se obtienen más fácilmente, se manipulan fácilmente y son muy recomendables porque ofrecen más baja inductancia en relación a su peso que un conductor circular sólido- No utilice mallas de coaxil desnudo porque por su construcción física, al oxidarse dejan de ser buenos conductores para la RF, más aún si están «flojas» (las cintas o tubos de cobre ennegrecidas por el óxido no resultan perjudiciales).