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Potencia Irradiada

¿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 3,52 44,4
6,0:1 2,92 50,8
00:1 0 100

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

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Última modificación: 13 de octubre de 2016