La ROE y el alcance de la emisora de VHF marina

La emisora de radio habitual en náutica de recreo es un equipo de VHF (Very High Frecuency) que emite en FM (Frecuencia Modulada) en la banda marina establecida entre 156Mhz y 174Mhz.


Esta frecuencia no rebota, por lo que es necesario tener "línea visual" directa entre emisor y receptor. Así, para que nos reciban o para que nosotros podamos recibir, básicamente necesitamos tener en cuenta la potencia de transmisión, la altura de las antenas (de receptor y de emisor), la presencia de obstáculos intermedios e incluso la propia curvatura de la Tierra (sin entrar en el efecto de condiciones atmosféricas complejas).



Pero hay un factor adicional, del que muy poco o nada se suele explicar en las formaciones de titulaciones náuticas de recreo. Es la ROE (Relación de Ondas Estacionarias) o también conocido en inglés como SWR o VSWR (Voltage Standing Wave Ratio). La ROE puede mermar significativamente la potencia útil radiada por la antena y, por lo tanto, el alcance de nuestra emisión. Es más, una ROE excesivamente alta puede incluso llegar a dañar el equipo transmisor e inutilizarlo, tanto la VHF como el AIS (que emite en la misma banda de frecuencia y, si es un AIS clase B, habitualmente por la misma antena).


En estas emisoras de VHF marinas (y transmisores AIS), lo habitual es que el fabricante espere que se le conecte al transmisor una carga de 50 ohmios (siempre se indica esto en las especificaciones del equipo transmisor). Esto quiere decir que la impedancia (la impedancia es la resistencia aparente de un circuito, dotado de capacidad y autoinducción, al flujo de una corriente eléctrica alterna, equivalente a la resistencia efectiva cuando la corriente es continua) del cable y de la antena han de ser de 50 ohmios. Y, además, sin pérdidas. Esto es el caso ideal para el cual se diseñan los transmisores.


Pero qué ocurre en la práctica? Pues que el mundo no es ideal y que no tienen una impedancia exacta de 50 ohmios y el cableado tiene pérdidas. Esto provoca lo que se llama un sistema no adaptado.


Cuando activas el transmisor, el equipo emite un voltaje en forma de onda sinusoidal que viaja a la antena a través de la línea de transmisión (el cable entre la VHF/AIS y la antena) y se llama “Forward Power” (potencia directa/potencia hacia adelante). En un sistema no adaptado parte de ese voltaje se refleja en la antena (Reflected Power) y se propaga de vuelta por la línea en la dirección inversa hacia el transmisor (parecido a un eco de voz en un acantilado). El ROE o VSWR es una medida de qué sucede con el voltaje “Forward” y con el voltaje “Reflected” y cómo se comparan en tamaño.


El voltaje sinusoidal emitido (Forward Power) se representa por la curva azul. El voltaje sinusoidal reflejado (Reflected Power) se representa por la curva naranja. La suma de ambas curvas es la curva negra. Puede observarse que la curva negra llega a ser mucho más amplia que la emitida y la reflejada y que, también, llega a ser cero (cuando se pone recta). Claro, ya que esta señal es la suma de las dos anteriores. Así, cuando los máximos de la señal azul y de la señal reflejada naranja coinciden en el tiempo, la negra tiene un pico resultante de la suma. Cuando lo que coinciden en el tiempo es el máximo de la señal emitida y el mínimo de la señal reflejada, la suma hace que la curva negra sea cero.


Pues bien, la ROE o VSWR es, precisamente, la curva negra, es decir,

la relación entre el voltaje máximo que se alcanza en la línea y el voltaje mínimo:





Por lo tanto, un sistema de frecuencia de radio con ROE = 1 (Vmax = Vmin) tendría una perfecta adaptación de impedancia (esto se se produce sólo en la teoría).



Pongamos un ejemplo:

supongamos que el 33% de la señal se refleja desde la antena (Reflected Voltage o Reflected Power). Entonces, alternativamente la onda reflejada se añade y se quita de la onda emitida Forward Voltage o Forward Power. En algunos lugares en el cable, el voltaje reflejado puede sumar 33% (en total 133%) y en otros restar 33% (en total 67%) de la salida del transmisor. La relación del voltaje es 133/67 = aprox 2. Ese ratio de voltaje define el ROE = SWR = 2 (2.0:1).


La electrónica de transmisión de la VHF (o del AIS) habitualmente no está preparada para recibir su propia señal (voltaje) amplificada un 33%, o un 50% en caso de ROE = 3. Es muy probable que, si esto ocurre, se quemen los transistores de la etapa de transmisión. Una instalación razonable debe tener una relación ROE inferior a 2:1 en todos los canales (al cambiar de canal cambiamos de frecuencia, por lo tanto una antena perfectamente sintonizada para una frecuencia determinada no lo estará para la siguiente, dando un ROE un poquito más alto) mientras que una relación de ROE 3:1 es peligrosa para el equipo y por ningún motivo se debe transmitir con una ROE tan alta, porque, repetimos, se pueden quemar componentes del equipo.


Para protegerlo, los fabricantes de equipos, junto con los pasos amplificadores finales a base de transistores (siempre diseñados algo justos en cuanto a los márgenes de seguridad), normalmente introducen un circuito protector de ROE para compensar esta situación, circuito que disminuye la amplificación pero mantiene los valores de tensión y corriente dentro de los márgenes especificados. El problema es que ahora tenemos menos potencia de salida.


La potencia irradiada por la antena puede mermarse significativamente con una sistema mal adaptado (ROE alta). Si a esto le añadimos las pérdidas en la línea de transmisión (cable entre la VHF/AIS y la antena), y más si son longitudes largas, podemos llegar a tener una potencia realmente irradiada muy pobre.




Para probar la adecuada adaptación del sistema de radiofrecuencia, no vale la habitual llamada desde el barco atracado, o muy cerca de la bocana, al puerto o marina. A esa distancia cualquier sistema vale (si la ROE no es excesivamente alta y el equipo aun funciona).


Lo que debemos hacer es medir la impedancia de la línea de transmisión y de la antena o, incluso más sencillo y fiable, medir la potencia reflejada versus la potencia emitida, obteniendo así el ROE.


En Ventus Electrónica Náutica, disponemos de un medidor digital de alta precisión de Potencia Emitida + Potencia Reflejada + SWR. Además ajustamos el equipo en cada intervención con una "dummy load" de 50 ohmios. La dummy load es una carga perfectamente ajustada a 50 ohmios, con la que obtenemos lecturas en nuestro medidor de SWR de ROE = 1.0. Posteriormente, retiramos la dummy load y nos conectamos al sistema de transmisión del barco. Qué es lo que vemos habitualmente? pues sistemas de transmisión bastante deficientemente adaptados. E incluso (en muchos menos casos) algún AIS y VHF caput.


En resumen, un sistema de transmisión mal adaptado provocará menor potencia irradiada por la antena y, por lo tanto, menor alcance de nuestra emisión.


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