En ingeniería de RF , radial tiene tres significados distintos, ambos referidos a líneas que irradian desde (o se intersecan en) una antena de radio , pero ninguno de los significados está relacionado con el otro.
Cuando se utilizan en el contexto de la construcción de antenas, los cables radiales son objetos físicos: cables que se alejan de la base de la antena y se utilizan para aumentar o reemplazar la conductividad del suelo cerca de la base de la antena. Los cables radiales pueden correr por encima de la superficie de la tierra ( radiales elevados ), sobre la superficie ( radiales sobre el suelo ) o enterrados aproximadamente un centímetro debajo de la tierra ( radiales enterrados ). Los extremos de los cables más cercanos a la base de la antena están conectados a la tierra eléctrica del sistema de antena y los extremos más alejados no están conectados o están conectados a estacas de metal clavadas en la tierra.
También se pueden colocar cables radiales dispuestos simétricamente en la parte superior de una antena, que se extiendan horizontalmente desde su vértice. En el caso de los radiales de longitud práctica, su efecto es mejorar la impedancia del punto de alimentación de una antena corta, casi lo mismo que si se extendiera la altura de la antena en una cantidad igual a la longitud combinada de todos los radiales, hasta un punto de rendimientos decrecientes alrededor de una docena de radiales. Los radiales no irradian por sí mismos, pero pueden causar indirectamente una pequeña mejora en la radiación de la antena de antenas cortas al elevar su punto de corriente máxima hacia arriba a lo largo de la parte principal del mástil.
Cuando se utilizan en el contexto de la planificación de un sistema de transmisión, las líneas radiales son un concepto que se utiliza para describir el alcance de transmisión de una estación de radio : las radiales en este caso son varias líneas dibujadas en un mapa , que irradian desde el transmisor, con rumbos horizontales espaciados uniformemente . La radial se extiende hasta donde la señal transmitida puede llegar, ya sea por cálculo o por medición.
Las estaciones que transmiten en frecuencias bajas, como las bandas de transmisión AM de onda media y onda larga , y algunas frecuencias de onda corta más bajas , tienen frecuencias tan bajas que cualquier antena factible es necesariamente corta en comparación con la longitud de onda , siendo la más común una antena vertical de cuarto de onda . Estos cables se denominan radiales , radiales de tierra , radiales de puesta a tierra , radiales del sistema de tierra o radiales de puesta a tierra .
Los radiales en la base de la antena proporcionan un plano de tierra adecuado para los tipos de antenas de radio que se utilizan para longitudes de onda largas . Estas antenas de "semidipolo" requieren cables de conexión a tierra para funcionar bien, ya que la imagen virtual de la antena reflejada eléctricamente por el sistema de tierra en forma de espejo es una parte esencial del funcionamiento de la antena real que se encuentra sobre el sistema de tierra. Los radiales suelen enterrarse en el suelo o colocarse sobre él en un patrón radial plano.
Los radiales del sistema de tierra no tienen por qué ser absolutamente rectos ni absolutamente horizontales. Aunque proporcionan una "tierra" eléctrica, no requieren ningún contacto real con la tierra circundante, aunque es aconsejable.
Cuando los radiales se incorporan mecánicamente a la estructura de una antena pequeña, se denomina antena de plano de tierra . En estas antenas, los radiales se inclinan en un ángulo y también se denominan faldón .
Los radiales que se encuentran sobre el suelo o dentro de él no son resonantes, y existe un gran margen práctico en cuanto a la longitud y el número de radiales, aunque los requisitos de licencia pueden exigir cantidades y longitudes excesivas. [a] Los radiales elevados son mucho más eficientes para interceptar los campos eléctricos antes de que lleguen a la tierra, de modo que solo tres o cuatro pueden ser suficientes, pero como sus propiedades eléctricas no se ven atenuadas por el suelo adyacente, deben cortarse a una longitud resonante.
Cuando están bien diseñados, los extremos de los cables del sistema de tierra transmiten voltajes extremadamente altos. Si se los eleva por encima del suelo, los extremos suelen estar conectados a varillas de tierra como medida de seguridad, en lugar de para mejorar el funcionamiento de la antena. Debido al mismo peligro, los radiales elevados se colocan al menos a ocho pies por encima de la superficie del suelo, para que estén fuera del alcance de los transeúntes, o sobre una zona vallada.
Cualquier objeto metálico que se encuentre dentro del campo cercano del radiador también debe estar conectado directamente al sistema de tierra, o el metal se cargará con voltaje de radiofrecuencia y se convertirá en un peligro de descarga eléctrica . Si es lo suficientemente grande como para actuar como un radiador parásito, también puede afectar o distorsionar el patrón de radiación de la antena . [b]
Se pueden colocar cables radiales similares en la parte superior de las antenas (en lugar de en la base) que también promueven una distribución más eficiente de la corriente en la antena, pero la estructura de cables radiales agregados al extremo superior de la antena se llama sombrero de capacitancia o carga superior . Al igual que los radiales de tierra, los radiales superiores son cables dispuestos simétricamente colocados para irradiar lejos del vértice de la antena, idealmente corriendo horizontalmente lejos de la parte superior. Eléctricamente, esto es equivalente a colocar un capacitor en la parte superior de la antena, cuyo otro contacto está cableado al sistema de tierra, que constituye la placa opuesta del capacitor.
Las antenas de carga superior son una forma de aumentar eficazmente la altura de una antena (para algunos propósitos, pero no para todos), ya sea para reducir la reactancia en el punto de alimentación o para aumentar indirectamente la resistencia a la radiación al aumentar la cantidad de corriente en la parte vertical del mástil. Si bien se pueden utilizar bobinas para cargar una antena de manera similar, el uso de bobinas introduce pérdidas de resistencia debido a la gran cantidad de cable necesario; el uso de radiales para la carga capacitiva no agrega pérdidas de manera efectiva.
Para radiales de 9 grados eléctricos o menos ( 1/40 longitud de onda , cada una, o más corta) el efecto sobre la impedancia del punto de alimentación y la corriente en el mástil es el mismo que extender la altura de la antena con una longitud de cable igual al 99% de la longitud total de todos los radiales, hasta aproximadamente una docena de radiales. [c] Los radiales pueden causar una mejora pequeña a moderada en la radiación de la antena al elevar el punto de corriente máxima hacia arriba a lo largo de la parte principal de la antena, aunque los radiales simétricos en sí mismos no irradian.
Los cables radiales horizontales son ideales, pero a veces son difíciles de sostener. Como sustituto, se pueden conectar eléctricamente segmentos superiores conductores de la misma longitud de cables tensores inclinados hacia abajo al vértice de la antena. Esto no es ideal, pero a menudo es más factible para los radiales superiores largos de las torres. Cuando se utilizan cables tensores para la carga superior en lugar de cables radiales horizontales, no deben extenderse demasiado hacia abajo del mástil, ya que los cables tensores bloquearán parte de la radiación del mástil, lo que causa un conflicto entre la pérdida causada por el mástil radiante que queda "ensombrecido" por los cables tensores y las ganancias indirectas obtenidas por el aumento de corriente en la parte radiante del mástil.
El uso de líneas radiales en un mapa para medir, planificar y regular las transmisiones de radio se denomina método radial . No tiene relación con la conexión a tierra de las radiales descrita anteriormente.
En el campo de la planificación de la transmisión, los radiales son puntos espaciados uniformemente ( vectores ) a lo largo de líneas espaciadas uniformemente ( rumbos ) desde un punto común en un mapa , que se utilizan para determinar la elevación promedio sobre el nivel medio del mar (AMSL) dentro del rango de transmisión de una estación de radio (incluidas estaciones de transmisión y estaciones base de telefonía celular , entre otras).
Esto, a su vez, determina la altura sobre el terreno promedio (HAAT) de la estación, que afecta en gran medida su área de cobertura (más que la potencia radiada efectiva ) y, por lo tanto, el potencial de interferencia de RF con otras estaciones o celdas adyacentes. Esta información debe presentarse junto con una solicitud de permiso de construcción . Los puntos utilizados para el cálculo pueden diferir si se utiliza una antena direccional .
El uso del método radial es más común en América del Norte, donde la FCC y el CRTC lo utilizan en la planificación y regulación de la transmisión de ondas medias. En Europa y Asia, el uso de radiales ha caído en desuso desde la década de 1970, y en muchos países la prueba de antena radial solo se acepta como prueba de antena auxiliar. Canadá y México, debido a las menores densidades de población, nunca implementaron los modelos radiales totalmente completos que sí implementó la FCC de EE. UU.
El método radial ha ido perdiendo popularidad en favor de los métodos basados en coordenadas cartesianas. Los métodos cartesianos requieren más tiempo de CPU (y memoria) para su cálculo, pero se entiende que representan de forma más realista los sistemas de antena. La principal importancia de los métodos radiales es que se puede completar una prueba rápida de un sistema de antena en menos de 15 minutos (a menudo en solo 5 minutos) del tiempo de CPU de una computadora doméstica típica, independientemente de la complejidad del sistema de antena.
Durante los últimos 50 años, la UIT, teniendo en cuenta las distintas densidades de población de sus miembros, exige oficialmente un mínimo de 5 radiales para todo un sistema de antena.
Aunque muchos reguladores de radiodifusión en todo el mundo tuvieron que encontrar alguna forma de regular los patrones y la potencia de las antenas de onda larga y media, sólo la FCC eligió implementar el método radial en su forma más completa.
La decisión de la FCC de implementar completamente los radiales evolucionó entre 1925 y 1975. La tecnología había cambiado y en la década de 1980, la simulación por computadora del terreno de las interferencias de las estaciones y de los patrones de las estaciones se podía realizar en computadoras centrales, generalmente utilizando métodos cartesianos u otros métodos no radiales.
Las normas de la FCC sobre radiales se flexibilizaron en etapas desde 1996 hasta 2013. Se espera que el conjunto de normas de 2013 para radiales probablemente perdure sin cambios durante una década.