Cuando el cable de la antena se comporta como una antena

Un cable de antena puede actuar de manera similar a una antena bajo ciertas condiciones, especialmente si está mal protegido, mal terminado o demasiado largo en relación con la longitud de onda de la señal.

Un cable coaxial está diseñado para ser una vía neutra para la energía de radiofrecuencia (RF), transportando señales entre un transmisor o receptor y la antena sin irradiar por sí solo. Pero bajo ciertas condiciones del mundo real, ese cable puede comenzar a actuar como una antena en sí misma.

Este comportamiento no deseado puede degradar el rendimiento, causar interferencias y crear problemas de cumplimiento con las regulaciones de la FCC y EMC. Comprender por qué sucede esto, y cómo prevenirlo, es esencial para cualquier instalación de RF, desde Wi-Fi y sistemas celulares hasta configuraciones de IoT, GPS o 5G.

1. Cómo un cable de antena se convierte en un radiador

Radiación no intencional (cable como antena transmisora)

En un cable coaxial perfecto, la energía de RF fluye a lo largo del conductor central, con el blindaje exterior transportando corriente igual y opuesta que evita la radiación externa.

Sin embargo, varias condiciones pueden alterar este equilibrio y hacer que aparezcan corrientes de RF en la superficie exterior del blindaje, convirtiendo efectivamente el cable en un elemento radiante:

• Blindaje comprometido: 
   el daño físico, la fabricación deficiente o el trenzado de baja calidad permiten que el campo electromagnético se "filtre". Una vez que la efectividad del blindaje disminuye, parte de la señal se escapa y el cable irradia como una antena de alambre largo.
• Desajuste de impedancia: 
   el uso de un cable de 75 ohmios (como RG-6) en un sistema de 50 ohmios (común en Wi-Fi, LTE e IoT) provoca reflejos y ondas estacionarias. Estas condiciones desiguales impulsan la corriente hacia el escudo exterior, lo que resulta en radiación.
• Conexión a tierra incorrecta: 
   si el blindaje del cable no está conectado a tierra donde debería estar, generalmente cerca del extremo del dispositivo, las corrientes parásitas pueden circular en el exterior del cable. Esta corriente desequilibrada puede hacer que el cable irradie como una antena monopolo no deseada.
• Terminación deficiente del conector: 
   los conectores que no están engarzados, soldados o sellados correctamente pueden actuar como pequeños radiadores o roturas de impedancia. Incluso una ligera discontinuidad en una interfaz de conector puede crear un desequilibrio que excita las corrientes de blindaje.
• Longitudes excesivas: 
  Los recorridos coaxiales largos, particularmente cuando se acercan a un cuarto o medio de longitud de onda a la frecuencia de funcionamiento, pueden comportarse como radiadores eficientes si están desequilibrados. Por ejemplo, una señal de 2,4 GHz tiene una longitud de onda de 12,5 cm; Un cable de 1,5 m equivale aproximadamente a 12 longitudes de onda, lo que puede producir patrones de onda estacionaria si no se termina correctamente.

2. El efecto secundario de recepción: el cable como antena no deseada

Incluso cuando no estás transmitiendo, los mismos principios físicos se aplican a la inversa.

Un cable coaxial puede captar interferencias electromagnéticas (EMI) o interferencias de radiofrecuencia (RFI) de su entorno, especialmente cuando atraviesa áreas eléctricamente ruidosas.

Causas comunes:

• Proximidad a fuentes de ruido: las líneas eléctricas, los motores, la iluminación LED, las fuentes de alimentación conmutadas y los puntos de acceso Wi-Fi pueden inducir señales no deseadas en recorridos coaxiales cercanos.
• Transmisores cercanos fuertes: las estaciones base celulares, las radios CB o las antenas de transmisión pueden acoplar energía en el blindaje del cable, introduciendo ruido de modo común que viaja a lo largo del cable hacia circuitos de RF sensibles.
• Sin estrangulador de balun o ferrita: sin un estrangulador o balun, no hay nada que bloquee esas corrientes superficiales externas. El resultado: interferencia y sensibilidad reducida del receptor. La palabra balun viene de “BALanced to UNbalanced” — “balanceado a no balanceado.” Su función es adaptar una línea balanceada (como una antena dipolo) a una línea coaxial (que es no balanceada), evitando que la corriente de RF fluya por el exterior del coaxial.

Síntomas que puede ver:

• Intensidad de la señal fluctuante o conexiones caídas
• Aumento inexplicable del ruido de fondo
• Pérdida de retorno deficiente o relación de onda estacionaria (SWR)
• Problemas de RFI en equipos electrónicos cercanos

Esencialmente, cuando el cable coaxial actúa como un conducto de señal y una antena receptora, el rendimiento de ruido de su sistema se deteriora, incluso si la antena en sí funciona correctamente.

3. Consecuencias prácticas de un cable radiante

Un cable que se comporta como una antena puede causar una serie de problemas que a menudo parecen no estar relacionados al principio:

1. Degradación de la señal: la re-radiación a lo largo de la línea altera las relaciones de impedancia y fase, reduciendo la eficiencia de la transferencia de potencia y distorsionando la forma de onda transmitida.
2. Interferencia a otros dispositivos: el campo de RF perdido puede acoplarse a cables o circuitos cercanos, produciendo fallas de cumplimiento de EMI o ruido audible en sistemas de audio cercanos.
3. Potencia y calor reflejados: cuando se producen ondas estacionarias inducidas por desajustes, parte de la energía de RF se refleja hacia el transmisor. Eso puede sobrecalentar los amplificadores, reducir la potencia radiada efectiva y acortar la vida útil del equipo.
4. Riesgo regulatorio: cualquier radiación no deseada de un cable puede exceder los límites de emisión de la FCC o CE, creando problemas de cumplimiento en los sistemas certificados.

4. Cómo evitar que su cable actúe como una antena

a. Utilice cable coaxial de calidad

• Elija tipos de doble o triple blindaje (por ejemplo, LMR-400, LMR-240 o RG-8).
• Busque combinaciones de lámina + trenza que logren una efectividad de blindaje de >90 dB.
• Evite los cables baratos de "calidad de video" (a menudo 75 Ω) para aplicaciones de RF de 50 Ω.

b. Impedancia de coincidencia

Mantenga todos los componentes (cable, conectores y dispositivos) a la misma impedancia, generalmente 50 Ω para sistemas de RF / antena. Un desajuste superior a 2:1 VSWR (relación de onda estacionaria de voltaje) causará reflexión y desequilibrio.

c. Terminación y conectores adecuados

• Utilice conectores de alta calidad (SMA, N-Type, TNC, etc.) clasificados para su frecuencia.
• Asegúrese de que la trenza y la lámina hagan contacto completo con el cuerpo del conector.
• Evite doblarse excesivamente cerca de los conectores; La tensión mecánica puede aflojar el contacto del blindaje.

d. Aplicar estranguladores de ferrita o baluns

• Las perlas de ferrita o los inductores de abrazadera suprimen las corrientes de modo común no deseadas en el escudo exterior.
• Para las antenas direccionales,  a menudo se instala un balun de corriente 1:1 (balun de estrangulamiento) en el punto de alimentación para mantener el equilibrio y aislar la línea de alimentación de la radiación.

e. Suelo Estratégico

• Conecte a tierra el blindaje coaxial en un solo punto, generalmente en el extremo del equipo o del pararrayos.
• Múltiples conexiones a tierra pueden crear bucles que invitan a corrientes adicionales.
• Los sistemas exteriores deben incluir un protector contra sobretensiones de rayos integrado en el sistema de puesta a tierra.

f. Administrar el enrutamiento de cables

• Mantenga las carreras coaxiales alejadas de las líneas de alimentación de CA, las fuentes de alimentación conmutadas y otros emisores de ruido.
• Evite enrollar el exceso de longitud del cable: las bobinas pueden actuar como inductores o antenas de estrangulamiento involuntarias.
• Use clips de cable o conductos para mantener un espacio constante y minimizar la tensión mecánica.

5. Pruebas de radiación de cables

Si sospecha que su cable coaxial está irradiando:

• Medidor de RF de campo cercano: detecta campos perdidos a lo largo del tendido del cable.
• Sonda de corriente de pinza: Mide corrientes de modo común en el conductor exterior.
• Prueba de ROE / Pérdida de retorno: Los picos o caídas inesperados pueden indicar secciones radiantes o discontinuidades de impedancia.

Estas herramientas pueden confirmar si la energía de RF permanece confinada dentro del cable coaxial, donde pertenece.

6. Resumen: Mantenga el cable como un cable

El trabajo de un cable de antena es entregar energía de manera limpia y silenciosa entre su equipo y la antena. Pero un blindaje deficiente, una terminación incorrecta, un desajuste de impedancia o la falta de conexión a tierra pueden convertirlo en un radiador o receptor por derecho propio.

Eso no solo reduce el rendimiento del sistema, sino que puede causar interferencias, violaciones regulatorias y daños en el equipo.

Conclusiones

• Utilice un cable coaxial de alta calidad y bien blindado apropiado para su rango de frecuencia.
• Mantenga la consistencia de impedancia (50 Ω) en todos los componentes.
• Agregue estranguladores o baluns de ferrita  para eliminar las corrientes de modo común.
• Conecte a tierra correctamente e inspeccione las terminaciones cuidadosamente.
• Pruebe periódicamente la integridad de la ROE y el blindaje de su sistema.

Con estas prácticas, su cable coaxial seguirá siendo lo que debe ser: un conducto limpio y eficiente para la energía de RF, no una antena disfrazada.