Distribuidores de potencia coaxiles rígidos
Preliminar Creado 2012-05-31 (modif. menor 2012-06-08)

Por Miguel R. Ghezzi (LU6ETJ)
www.solred.com.ar/lu6etj
SOLVEGJ Comunicaciones
 

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Una forma popular de repartir la potencia de un trasmisor entre varias antenas proyectadas para conformar un sistema de mayor ganancia es el clásico distribuidor con líneas de 75 W que vulgarmente conocemos como enfasadores o arneses (por su remoto parecido con los medios para gobernar el tiro de caballos).
Hace unas décadas publiqué vía packet radio el método para realizarlos (ver http://www.solred.com.ar/lu6etj/tecnicos/LineasEnfasado.htm), pero hace tiempo que quería publicar una forma de distribución que es mejor por varias razones, de muy bajas pérdidas, sencilla, confiable, fácil de proyectar,  tolerante en su función, con materiales comunes y apta para potencias superiores a las máximas autorizadas en la actividad Radio Amateur.

Su principio es el mismo empleado en las otras con cables de 75 pero aplicado de manera diferente: las propiedades transformadoras de impedancia de una línea de trasmisión de un cuarto de onda operando con ondas estacionarias. Este principio es tan sencillo que solo hace falta decir que para transformar bidireccionalmente un par de impedancias puramente resistivas cualquiera basta con interconectarlas mediante una sección de línea de un cuarto de onda (o múltiplo impar de) que posea una impedancia característica igual a la media geométrica de las dos impedancias terminales (la media geométrica es un promedio algo diferente del promedio común).

Si llamamos Z1 a una de las impedancias a transformar, Z2 a la otra y Zo a la característica de la línea de cuarto de onda tendremos que para que la transformación se produzca:

    ec-1

Por ejemplo si quisiéramos convertir 12,5 W a 50 W (caso típico al distribuir a cuatro antenas de 50 W)

   ec-2         

De un lado de esta sección se conecta la línea de bajada de 50 W en nuestro ejemplo y del otro y en paralelo los cuatro cables coaxiles también de 50 W provenientes de cada antena. En principio solo hace falta que sean todos de igual longitud sin considerar su velocidad de fase o cantidad de longitudes de onda que implique esa longitud. Solamente es necesario que ella alcance para llegar desde el distribuidor a las antenas.

Ahora la tarea consiste en hacernos de la línea con mpedancia característica de 25 W... Casualmente este resulta un caso sencillo pues podríamos lograrla mediante dos secciones en paralelo de línea de 50 W y tendríamos resuelto un distribuidor muy simple de cable, posibilidad que vale considerar cuando tenemos la suerte de que la conexión en paralelo de líneas comunes (75, 50) pueden proveernos la Zo necesaria (sobre el final agrego un par de ejemplos prácticos más). Sin embargo, para tener la máxima libertad al tiempo que realizar un trabajo mecánico impecable puede convenirnos construir nuestra propia línea de trasmisión que es una tarea muy sencilla y con una mecánica al alcance de cualquier aficionado que da el título a este artículo.

Construyendo su propia línea de trasmisión.

Afortunadamente una línea coaxil puede construirse prácticamente con tubos comunes de bronce, latón, cobre o alpaca (fáciles de soldar con soldadura de estaño) o con caño cuadrado que inclusive puede ser de aluminio para el conductor exterior sin complicar la factura.

Hay una fórmula simple para calcular la impedancia característica de una línea coaxil con tubos circulares.

      ec-3

Observando que "diámetro_blindaje" es el de su superficie interior y que el "diámetro_conductor_central" corresponde a su superficie exterior  Ambos valores pueden expresarse en cualquier unidad de medida con tal que ambas sean las mismas pues lo único que le interesa al logaritmo es su cociente.

Del diámetro absoluto de estos tubos dependerá la potencia máxima que podrán manejar. En la práctica casi cualquier par de diámetros fácilmente manejables en la construcción será suficiente para la mayoría de nuestros propósitos. Bastará con comparar las dimensiones de nuestra línea con una tipo Heliax (TM) (especialmente la separación entre los tubos) para estimar su aptitud (refiriéndonos sobre todo a una con la entrada por un extremo y la salidas por el otro). La fotografía muestra el centro de un distribuidor con un conector tipo EIA apto para potencias del orden de 5 kW

.

En el mercado metalúrgico existen muchos tubos adecuados porque tampoco es necesario ser extremadamente rigurosos con el valor de la Zo. Es muy fácil despejar un diámetro en función de otro para una dada Zo (adjuntaré una planilla de cálculo para facilitar el trabajo pero con la calculadora alcanza y sobra).

Disponiendo de la fórmula para una línea con tubo exterior cuadrado podremos utilizar uno de estos con al una ventaja: su facilidad para montar conectores comunes sobre las paredes del tubo cuadrado.
Un distribuidor de cuatro antenas -con tubo redondo como cuadrado- usualmente se construye disponiendo cuatro conectores dispuestos alrededor del tubo sobre un extremo y uno sobre el opuesto como se muestra en la figura.

    

Un distribuidor único para ocho antenas amerita emplear dos secciones de un cuarto unidas "espalda con espalda" (ver figura siguiente) con el conector de ingreso situado en su parte central y cuatro salidas en cada extremo.
En este caso la Zo de cada sección no se calcula para adaptar la impedancia a 50
W, sino a 100 porque en este caso al unirlas en el centro estaremos interconectando dos secciones opuestas de un cuarto que presentan 100 W, en paralelo para conseguir nuevamente 50 W en el punto donde se unen y está el conector central.

 

Q de los distribuidores

Existe la creencia que estos dispositivos son de alto Q y que proveen reducido ancho de banda. Lejos de ser cierto, son capaces de operar en la totalidad del sector asignado a nuestro servicio en cada banda. Por la misma razón su longitud no es crítica, alcanzando con trabajar prolijamente en esta materia para conseguir resultados absolutamente satisfactorios.
Tampoco hace falta ningún instrumental pues no hay nada que ajustar, a lo sumo un calibre (pie de rey) para medir diámetros cómodamente. En la figura se muestra la curva de respuesta de uno construido para la banda de 2 m, la curva no muestra la clásica forma convexa debido a los errores de apreciación en la medición porque el wattímetro empleado (Bird modelo 43), con potencias directas del orden de los 5 W y reflejadas en los 10 o 20 mW es muy impreciso.

Consejos constructivos

Impedir que el agua entre al tubo siempre va a ser más complicado que conseguir que si logró entrar salga. Haga todo lo que crea necesario para impedir su ingreso pero asegúrese de dejar una pequeña perforación y montar el distribuidor de manera que si algo ingresa escape pronto por ella.

Las fotografías muestran distribuidores cuyo destino fue comercial, por lo que las piezas de bronce de los extremos pueden ser algo trabajosas de construir sin herramientas adecuadas. Nada impide soldar el cuerpo de los conectores con estaño directamente sobre los costados de un tubo redondo de latón (no confundir latón con hojalata) o directamente la malla de los cables al tubo dejando ingresar el conductor central de los cables para soldarlos al central del distribuidos. En el primer caso puede obtenerse una terminación elegante mediante cualquier masilla plástica resistente.

Apéndice

Fórmula simplificada para proyectar líneas con coaxil cuadrado y centro circular (más precisa para valores de Zo por encima de los 20 W)

Z0 = 60 ln (1.08 . D/a) siendo D la longitud interior del lado del tubo cuadrado y a el diámetro exterior del tubo redondo interior

Ver artículo ampliatorio en http://fermi.la.asu.edu/w9cf/articles/square/index.html que tiene una tabla resuelta.

Valores más precisos pueden obtenerse reemplazando la constante 1.08 por otra resultante de resolver la siguiente expresión (1)

(1) ver http://oz2oe.dk/radio/combiner/combiner.html

Posibles combinaciones sencillas con coaxiles comunes

Distribuir desde una línea de 50 a dos antenas de 50: => 50 a 25 W Zo = 35,35 W emplear dos líneas de cuarto de onda de 75 W en paralelo (37,5 W), ROE < que 1,12 : 1.


Todos los distribuidores de la fotografías construidos por Maximiliano A. Ghezzi - LW7DMG


Bibliografía consultada

Terman Frederick E., Manual del Radio Ingeniero,  Editorial HASA. Bs. As. 1947


Copyright © 2012 Miguel Ricardo Ghezzi - LU 6ETJ - Argentina.


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keywords: distribuidor de potencia. enfasador. puesta en fase.