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.