De antenas y cables de sistemas inalámbricos

En los últimos meses hemos renovado el material de sistemas inalámbricos para las sonorizaciones en directo de Producciones El Sótano, y entre los productos adquiridos está la antena de polarización cruzada de RF Venue Diversity Fin. Pero, ¿qué es la polarización? ¿y por qué esta antena es de polarización cruzada?

(Por cierto, el hombre que sujeta una antena en la imagen que encabeza el artículo es Hidetsugu Yagi, el inventor de la antena Yagi patentada en 1926).

La polarización en las antenas de sistemas de radiofrecuencia

Todos los sistemas inalámbricos cuentan con, al menos, dos antenas: las antenas emisoras (transmiten la señal de radiofrecuencia) y las antenas receptoras (que reciben la señal emitida por los transmisores).

Las ondas que utilizamos cuando trabajamos con radiofrecuencia son ondas electromagnéticas. Están formadas por un campo eléctrico y un campo magnético que son perpendiculares.

Las antenas receptoras deben estar orientadas en el mismo plano que las antenas transmisoras, de tal manera que coincida la posición de los campos eléctricos y magnéticos, y a esto a lo que llamamos polarización.

Si situamos las antenas transmisoras en posición vertical,  las antenas receptoras deberían estar también situadas verticalmente. Si las posicionamos en horizontal, lo mismo. Esto es lo que garantiza, generalmente, una buena transmisión de señal.

En cambio, si al instalar las antenas posicionamos una vertical y la otra horizontal, podemos estar perdiendo entre 10 y 30 dB de intensidad en la señal de RF (radiofrecuencia).

En el caso, por ejemplo, de las antenas de los micrófonos inalámbricos de mano, estas pueden variar de posición debido simplemente al movimiento de una persona que lleve el micrófono en la mano. Una buena solución, generalmente, es colocar las antenas a aproximadamente 45 grados de la línea vertical.

Esto no es exactamente ni polarización vertical ni horizontal, sino algo intermedio.

En espacios interiores, con paredes reflectantes, las señales de radiofrecuencia emitidas por los transmisores pueden llegar directamente a las antenas, pero también pueden llegar fácilmente reflejadas en contrafase, lo que puede ocasionar los temidos drop-outs o cortes de señal.

Fuente: https://www.rfvenue.com/hs-fs/hubfs/Diagrams/reflection.png?width=758&name=reflection.png

Antena Diversity Fin de RF Venue

La antena Diversity Fin de RF Venue combina una antena direccional LPDA (las típicas con forma de aleta de tiburón), que son direccionales, con polarización vertical, con otra antena dipolo (omnidireccional) en polarización horizontal. Son, por tanto, dos antenas en una con dos polarizaciones distintas.

Esto permite que los receptores inalámbricos vean una señal constante independientemente de la orientación del micrófono. Según RF Venue, una sola antena Diversity Fin proporciona una cobertura superior a dos antenas de aleta de tiburón tradicionales, lo que además permite ahorrar y reducir el tiempo de instalación, y funciona especialmente bien en interiores, donde la señal reflejada en paredes, suelos o techos puede llegar con diferentes polarizaciones a la antena. Según mi experiencia, en interiores esta antena funciona estupendamente.

Las antenas tipo dipolo están en horizontal y la antena LPDA es la pala con funda de tela que vemos en la imagen. Fuente: https://www.rfvenue.com/hubfs/Product-image.png

Sin embargo, en espacios abiertos al aire libre, yo generalmente preferiría utilizar dos antenas direccionales con la misma polarización, pues la posibilidad de que nos llegue una señal reflejada con la polarización cruzada es bastante más reducida.

En esta foto vemos la antena Diversity Fin alimentando 4 sistemas Shure QLXD y 4 sistemas Sennheiser EW500

¿Y los cables de antena?

Cuando conectamos las antenas a los receptores, entra en juego un factor muy importante: pérdidas de señal por longitud de cable.

Es fundamental tener en cuenta que el cable coaxial que debemos utilizar para conectar antenas debe ser de 50 Ohm. No debemos utilizar nunca cable de 75 Ohm (cable de vídeo), ya que genera pérdidas adicionales debido a la diferencia de impedancia.

Además, hay muchos tipos de cable. Los fabricantes de cable de antena facilitan siempre en las especificaciones las pérdidas en dB por metros. Una pérdida aceptable estará entre 3 y 5dB. Mayores perdidas no deberían ser admisibles, porque nos generarán problemas (pero siempre podemos utilizar boosters para recuperar las pérdidas).

Un cable estándar sencillo, el RG58, presenta unas pérdidas de unos 38db en 100 metros de cable.

Un cable de alta calidad, como puede ser un LMR400, presenta unas pérdidas de unos 10dB en 100 metros de cable.

Pérdidas en cable LMR400

Pérdidas en cable RG58

Las diferencias en cuanto a pérdida son evidentes. En cuanto a precio, también. En España, 2 cables de 10 metros de RG58 pueden costar 15€. Dos cables LMR400 de 7 metros me costaron 80€.

Vamos ahora a comparar las recepciones utilizando esos dos tipos de cable: Por un lado, 10 metros de cable RG58 y por otro cable de 7 metros LMR400.

LRM400(verde) y RG58 (rosa)

Realmente es complicado hacer una comparativa real, al ser la radiofrecuencia algo que está cambiando constantemente, pero en la gráfica tenéis la captura de los niveles máximos recogidos durante 7 minutos con la misma antena, cambiando únicamente los cables. Si os fijáis en la zona de 800MHz (correspondiente con la banda de subida de datos del 4G), la señal tiene más nivel con el cable LMR400, y presenta unas atenuaciones medias de unos 8dBm cuando utilizamos el cable RG58.

Sin embargo, hay que tener en cuenta que cuanto menos pérdida tiene el cable, menos flexible y manejable suele ser. Cables con muy poca pérdida son, habitualmente, muy rígidos y por tanto poco manejables para instalaciones efímeras.

Conclusiones

La radiofrecuencia puede generarnos muchos problemas si no tenemos claro conceptos básicos de coordinación y manejo de sus diferentes elementos, y cualquier cosa que podamos hacer para optimizar su transmisión nos va a beneficiar.

Pocas cosas hay peores en un evento en directo que tener cortes en un micrófono. Cuidar la elección y el posicionamiento de las antenas puede suponer una gran diferencia, y el cableado, también. Una pequeña inversión en este tipo de productos puede ahorrarnos muchos disgustos.