Hablemos de la ROE en la FM

(Autor: Ing. Eduardo Jalil)

eajalil@gmail.com

La R.O.E. es una abreviatura de: Relación de Ondas Estacionarias, algunos hablan de  ROE y otros de Potencia Reflejada, que si bien no significan lo mismo, están íntimamente relacionadas, para no generar confusión trataré de ser lo más practico posible.

Algunos consejos El primero, como siempre, es comprender de qué se está hablando, y aquí debo decir que hay mucha confusión sobre esto, pero empecemos diciendo que tanto la ROE como la potencia reflejada o la pérdida de retorno (agregué esto último ahora para no asustarlos de entrada) nos da una idea de que tan bien está adaptada nuestra sistema irradiante (antena mas cable coaxil conectores etc) al transmisor.

Si bien ya sé que para un radiodifusor el que yo plantee ecuaciones y fórmulas matemáticas, le da ganas de tirar este artículo a la basura, voy a colocar algo muy mínimo de fórmulas como para que puedan entender algunos conceptos

Los diccionarios técnicos dicen

En una línea de transmisión, coexisten una onda incidente, de amplitud {\displaystyle V_{i}}Vi, y otra reflejada, de amplitud {\displaystyle V_{r}}Vr.

Ambas ondas se combinan para dar una onda resultante.

La onda resultante puede tener dos valores extremos:

• Cuando la onda incidente y la onda reflejada produzcan una suma en fase de ellas (interferencia constructiva).  En ese caso {\displaystyle V_{\mathrm {max} }=V_{i}+V_{r}}Vmax = Vi + Vr  y por lo tanto, la amplitud de la onda resultante es máxima

• Cuando la onda incidente y la onda reflejada se suman en contrafase (interferencia destructiva). En ese caso, {\displaystyle V_{\mathrm {min} }=V_{i}-V_{r}}Vmin = Vi - Vr.

El ROE (SWR en inglés) se define como la relación entre ambos valores extremos

{\displaystyle \mathrm {ROE} ={\frac {V_{\mathrm {max} }}{V_{\mathrm {min} }}}={\frac {V_{i}+V_{r}}{V_{i}-V_{r}}}}R.O.E = Vmax / Vmin

o también se dice Coeficiente de reflexión como la relación entre reflejada e incidente    Vr/Vi

Suponiendo Potencia directa = 100%

• ROE=1.0 --> Potencia reflejada = 0.000%

• ROE=1.1 --> Potencia reflejada = 0.227%

• ROE=1.2 --> Potencia reflejada = 0.826%

• ROE=1.3 --> Potencia reflejada = 1.700%

• ROE=1.5 --> Potencia reflejada = 4.000%

• ROE=2.0 --> Potencia reflejada = 11.10%

• ROE=3.0 --> Potencia reflejada = 25.00%

 

Y aquí debo advertirles un error muy común que cometen los técnicos (ya que como fabricante de transmisores siempre digo que cuando el transmisor deja de funcionar, o corta a cada rato o bajó su potencia, el técnico o dueño de la emisora que habla a nuestra empresa lo primero que nos dice es “el ROE esta en cero, la antena está perfecta, el cable es excelente”) y yo sonrío y le digo que quisiera conocer al fabricante de antena que hizo una antena con ROE cero (pues ese valor no existe).

Y también le pregunto que como sabe que el cable está excelente? Lo midió, lo desarmó? Y si lo midió, como lo hizo? Y con qué instrumento?

RECUERDEN,  MEDIR ES ERRAR

Ya entendemos mas o menos lo que es la ROE o sea es la relación de la onda estacionaria entre un mínimo y un máximo de esa onda. (Para los ingenieros y técnicos esta explicación puede ser un poco “light” pero no es la función de este artículo ahondar matemáticamente sobre este tema).

Prácticamente, si la antena está muy bien “adaptada” al sistema transmisor la ROE es 1 y esto quiere decir que toda la potencia que manda el transmisor se emite (salvando la que se pierde por atenuación del cable coaxil).

¿Y entonces que es la otra frase temerosa, es decir “la potencia reflejada”?

La R.O.E. es una forma de indicar una desadaptación

La potencia reflejada, no es potencia desperdiciada (en parte). Es tan solo lo que indica un instrumento llamado "Wattímetro direccional" en su lectura de reflejada. Un cierto sistema hipotético podría, por ejemplo, entregar una potencia directa de 1000 W y de la antena nos vuelve una potencia reflejada de 500 W. Esto quiere decir que de los 1000 W que entrega el transmisor a su salida 500W se emiten al aire y 500W vuelven a transmisor, puede funcionar un sistema así? , Y…. si el transmisor está preparado para eso, si, que quiere decir preparado para eso?, lo explico un poco , que pasa con esos 500W que vuelven para atrás? , van a llegar al transmisor y si la impedancia de salida del transmisor es 50 Ohms, esa potencia se va a disipar en calor en el transistor de salida del transmisor, esto va a hacer que suba la temperatura del transistor de salida y el equipo puede (o no) dañarse, depende del diseño del mismo, pero debo tener en cuenta que esa potencia que se disipa en calor es potencia que pierdo. Ahora bien , si el transmisor no tiene a su salida 50 Ohms , entonces una parte se va a disipar en calor en el transistor y otra va volver a la antena, y de esta que vuelve a la antena una parte se va a irradiar al aire y otra parte va a volver al transmisor a así sucesivamente hasta que una parte  se disipe por la atenuación del cable , otra parte se disipe en el transistor y otra parte se irradie, entonces podemos decir que lo bueno sería que la potencia reflejada sea lo más baja posible, esto indica que la antena está “bien adaptada”, cuando digo lo más baja posible no digo cero ,que si bien puede darse en algunos casos , no es lo común , una buena adaptación es cuando la potencia reflejada está 20 decibeles por debajo de la potencia enviada a la antena, es decir para un transmisor de 1 KW  20 decibles por debajo de ese Kw son 10 Watts, y esto es una muy buena adaptación.

Acotación para los técnicos: es por eso que dije antes que cuando un técnico me dice que el equipo se corta a cada rato y el revisó todo y la antena tiene cero de ROE (incorrecto pues cero de ROE no existe) , me debería decir “ tiene cero de potencia reflejada, aunque en el 90% de los casos esto no es cierto pues si todo está bien lo lógico sería que me dijera tiene 8 o 6 , o 10 W de potencia reflejada, pero como yo digo siempre hay que echarle la culpa al equipo………..(es mas fácil)

Y la última frase que agregué después era la “Pérdida de Retorno”, que es la relación en decibeles de la potencia directa y la potencia reflejada (esto que mencionamos hace un rato de los 20 decibeles en el ejemplo de 1 KW de potencia directa y 10 W de potencia reflejada, eso es 20dB de pérdida de retorno).

En fin, el tema tiene sus complejidades, puede ser un poco engorroso, y eso que no he ahondado en fórmulas y explicaciones muy técnicas con las cuales solo lograría confundir.

¿El alcance de su emisora está determinado por la R.O.E.?

No necesariamente, eso depende del tipo de sistema de adaptación de su amplificador a la línea de trasmisión y de las pérdidas propias de la misma. Algunos equipos, especialmente los valvulares, disponen de algún medio para ajustar su salida y adaptarse correctamente a una línea de trasmisión con R.O.E. Los equipos transistorizados, generalmente no, pero pueden incorporar un dispositivo de protección.

Cuando la línea tiene pérdidas importantes (y eso no es bueno), las mismas se acentúan en presencia de ondas estacionarias, pero en general no demasiado, por ejemplo:

Un cable coaxil rígido de 1/2 pulgada de 50 m de longitud tendrá una pérdida de potencia de aproximadamente 1,2 dB estando perfectamente adaptado a la antena, si consideráramos una R.O.E. de 2:1, la pérdida sería de aproximadamente 0,2 dB adicionales, si la R.O.E. fuera de 3:1 la pérdida adicional sería de 0,5 dB. Como se ve no son números que afecten seriamente la performance efectiva de la estación. Claro que si un sistema que antes tenía 1,5:1 pasa a tener 10:1, lo más probable es que se le haya volado la antena, ¿me explico?

¿Puede la R.O.E. dañar los equipos?

Si, puede hacerlo. Los equipos que no poseen ningún tipo de circuito de ajuste de adaptación a la línea, se diseñan, habitualmente, para una impedancia de carga de 50 Ohms. Eso es común en los transistorizados. La línea, en presencia de R.O.E. presenta al equipo una impedancia que difiere de la de diseño y en estas condiciones el equipo puede dañarse gravemente. Un buen equipo debería ser tolerante en este aspecto y disponer de algún margen de seguridad.

Un aparato que solo es capaz de operar sin dañarse o apagarse en una línea perfectamente adaptada no considero que sea un equipo bién diseñado. Esta es, desde luego, materia opinable y de preferencias (también de bolsillo). Alguna persona con conocimientos en el tema podría preguntarme sobre si no serían útiles los circuladores tal como se usan en equipos de más alta frecuencia, para los que no saben que es un circulador, les comento que es un dispositivo (generalmente con tres terminales en los cuales en uno se conecta la salida del transmisor, en otro se conecta el cable coaxil que va a la antena y en el tercero una carga de 50 Ohm disipada).

Como funciona, bueno su desarrollo matemático es complejo, pero el funcionamiento es así: La potencia que sale del transmisor ingresa al circulador por el primer conector y va a la antena (por el segundo conector), si hay desadaptación, la potencia que vuelve de la antena (por el segundo conector) no llega al transmisor sino que se deriva a la carga disipada. Esto hace que el transmisor vea siempre 50 Ohms y que el ROE no lo afecte, ya que la potencia que se disiparía en el transistor en calor se disipa en la carga. Estos componentes son muy comunes en circuitos de microondas (por su tamaño) pero en FM son voluminosos y muy caros por eso no están usados comúnmente.

¿Cuánta R.O.E. puedo tolerar? Cuanta pérdida de retorno debo tener?

Decíamos que lo ideal sería que un equipo tenga cierto margen para tolerar ondas estacionarias sin dañarse. Un valor comúnmente aceptado es que tolere al menos una R.O.E. de 1,5:1, lo que representa una potencia reflejada de aproximadamente un 4%. Es común encontrar equipos que toleran bien una R.O.E. del orden de 2:1 que representa aproximadamente un 11% de potencia reflejada.

Otro factor es la calidad del cable coaxil. Un buen fabricante de cable (por ej. Cellflex), nos dice en su hoja de datos que el mismo puede tener hasta 1,22:1 de R.O.E. (que representa una potencia reflejada de aproximadamente 1%). Supongamos una excelente antena que nos garantice idéntica especificación.

Si combinamos estos dos elementos una combinación de este tipo debemos esperar al menos una R.O.E del orden de 1,3:1 o 2% de potencia reflejada en una línea corta o de bajas pérdidas. Entonces como límite inferior podemos decir que este valor ya es la excelencia pura, por ende hasta el peor equipo debe poder aceptar este 2%, (vuelvo a lo de potencia reflejada cero, no es común esto)

De aquí en adelante el margen de seguridad que Ud. debe exigir al equipo es su propia opción, diría que en estos tiempos de dura competencia, la mayoría de los fabricantes se rehusarán a darle garantía por relaciones de ondas estacionarias superiores a 2:1.De todas formas hay equipos que en caso de desadaptación bajan su potencia hasta un determinado valor para que no corra riesgo de quemarse la etapa de salida (EDINEC / SUNATCO por ejemplo), estos son más avanzados que los que apagan el equipo ante excesivo ROE

Para despedirme, un último consejo para los técnicos encargados del mantenimiento de una emisora de radio “ si algún parámetro del equipamiento varió , ANTES DE TOCAR NADA Y COMPENSAR ESA VARIACION ES MUY IMPORTANTE DESCUBRIR PRIMERO POR QUE VARIÓ Y LUEGO DECIDIR QUE ACCION TOMAR” , un destornillador tipo “perillero” debe ser la última herramienta a la que debo acudir para modificar algún ajuste de fábrica , para compensar algo ( se los digo por lo que he visto en mis 32 años de fabricar e instalar emisoras de radio y TV)

 

Hasta la próxima!