El papel de la Antena en la integridad de la señal

La puesta en tierra de la antena influye directamente en la estabilidad de la señal proporcionando un camino de baja potencia para las corrientes eléctricas no deseadas. Sin una adecuada puesta en tierra, un sistema de antena se vuelve susceptible a la interferencia de radio frecuencia (RFI) y descarga electrostática, ambos degradan la claridad de la señal. La puesta en marcha efectivamente desborda estos disturbios lejos del extremo frontal del receptor, permitiendo que la señal prevista domine.

Un sistema de tierra bien diseñado también reduce las corrientes de movimiento común en la línea de alimentación, lo que puede causar que el cable de coax se radie o se recupere la interferencia. Al establecer un punto de referencia sólido, la base asegura que la antena funciona como un radiador equilibrado y predecible.El resultado es una señal más estable con menos deserciones, tasas de error de bit menor en las comunicaciones digitales y mejores relaciones de señal a ruido.

Reduciendo la Interferencia de Radio

RFI a menudo entra en un sistema de recepción a través del escudo de la antena o la línea de transmisión. Una antena terrestre proporciona un camino para que estas corrientes interferentes fluyan en la tierra en lugar de en la electrónica sensible de un receptor o transmisor. Técnicas como el uso de una varilla de tierra colocada en la base del mástil de la antena, combinado con una correa de baja inductancia al punto de alimentación, pueden reducir la transmisión RFI más de audio en la instalación

Minimización de la carga estatica

La acumulación de carga estatica en las antenas, especialmente en condiciones secas o ventosas, puede causar ráfagas repentinas de ruido conocidas como precipitación estática. Cuando la carga alcanza un umbral, se cruza con las brechas en el sistema de alimentación, creando interferencia de banda ancha. La puesta en marcha proporciona una vía de descarga controlada para que los ándalos estéticos se desangren continuamente antes de que pueda acumularse.

Seguridad mediante un adecuado terreno

La seguridad es la razón más importante para la puesta en tierra de cualquier sistema de antena. Sin un camino directo de baja potencia a la tierra, una huelga de relámpago o contacto de línea de energía puede resultar en daños de equipo catastrófico, fuego o electrocución. La puesta en marcha no impide que el rayo golpee, pero sí proporciona una ruta controlada para la enorme corriente a seguir, minimizando el riesgo de parpadeos laterales y potenciales de paso que ponen en peligro a las personas y propiedades.

Sistemas de protección de rayos

Un sistema completo de protección de rayos para sistemas de antenas incluye un relámpago debidamente puntuado en el cable coaxial, un bus de tierra de un solo punto y múltiples varillas de tierra unidas.El artículo 810 del Código Eléctrico Nacional (NEC) proporciona requisitos detallados para la fijación de antenas, incluyendo longitudes máximas de conductor y tamaños mínimos de conductor.

Protección por defecto eléctrico

En caso de un cortocircuito o línea de alimentación que toque la antena, el arrastre proporciona una vía de baja impedancia para que la corriente de falla vuelva al transformador de utilidad, lo que hace que el dispositivo (fuse o interruptor) se abra rápidamente. Esto protege tanto el equipo como el usuario. Para los transmisores de radio, un chasis debidamente arraigado también impide el desarrollo de voltajes táctiles peligrosos debido a la protección de RFG.

Tipos de sistemas de tierra

Las diferentes aplicaciones y condiciones del sitio requieren diferentes arquitecturas de tierra. La elección entre un punto único, multipunto y la tierra híbrida afecta tanto el rendimiento de la señal como la seguridad.

Plantación de tierra de un solo punto

En un sistema de tierra de un solo punto, todas las conexiones terrestres —mast de antena, escudo de cable, suministro de energía y alojamiento de equipos— se llevan a un punto de referencia común, típicamente una barra de bus terrestre cerca del equipo. Esta configuración es ampliamente utilizada en operaciones de baja frecuencia porque previene los bucles de tierra que pueden introducir hum y interferencia.

Multipuntos de tierra

Para aplicaciones de alta frecuencia (ambos 30 MHz), se prefieren las bases multipuntos. En este enfoque, cada pieza de equipo se basa directamente en un plano terrestre cercano, a menudo el recinto metálico o la perchera, que se conecta a la tierra. Esto minimiza las longitudes de plomo y mantiene la impedancia del suelo baja en frecuencias de radio. Sin embargo, la tierra multipuntos requiere un diseño cuidadoso para evitar crear estaciones de transmisión de tierra.

Enfoques híbridos

Muchas instalaciones modernas utilizan un enfoque híbrido que combina los mejores aspectos de la tierra de un solo punto y multipuntos. Por ejemplo, todos los terrenos de DC y baja frecuencia se llevan a un solo autobús, mientras que los terrenos RF se hacen directamente al chasis o mástil. Este enfoque es recomendado por fabricantes como PolyPhaser y se detalla en muchas guías de mejores prácticas de la industria. Un sistema híbrido requiere una planificación y documentación completas para asegurar que todos los caminos de puesta en tierra no son intencion.

Técnicas de tierra comunes

La implementación física de las bases va desde bastones simples hasta redes complejas de contraposesión. La elección depende de la resistencia al suelo, área disponible y la frecuencia de operación.

Rodillas de tierra

Una varilla de tierra -típicamente de 8 a 10 pies de largo y hecha de acero de cobre-clad o cobre sólido- se mueve verticalmente en la tierra. Las conexiones a la varilla deben ser hechas con accesorios de compresión irreversibles o soldadura exotérmica, ya que las pinzas mecánicas pueden corroer a lo largo del tiempo. Para conexiones terrestres de baja resistencia, múltiples varillas separadas al menos dos veces su longitud pueden ser unidas.

Placas de puesta en tierra

Cuando el rock o el permafrost evita las barras de conducción, las placas de tierra ofrecen una alternativa. Un plato –normalmente 2 pies por 2 pies de cobre– se encuentra enterrado horizontalmente en una trinchera poco profunda. Mientras que las placas proporcionan menos contacto con la superficie con el suelo en comparación con una varilla, pueden ser eficaces en suelos de alta resistencia si se enterraron a una profundidad suficiente (al menos 30 pulgadas) y se mantienen moistiendo.

Estructura de construcción

El acero de construcción existente, el tubería de cobre o un suelo Ufer (electrodo encastrado) pueden servir como punto de arrastre de antena, siempre que la conexión cumpla con los requisitos de código. El conductor debe estar conectado al sistema de electrodo de arrastre principal del edificio. Este enfoque es a menudo el más fácil en entornos urbanos, pero debe ser cuidado para evitar la routa del conductor cerca de electrónica sensible o cables de datos.

Contrapoise Systems

Para instalaciones portátiles o improvisadas donde una conexión terrestre directa es poco práctica, una contraposesión —una red de alambres que irradian desde el punto de alimentación— puede actuar como un terreno artificial. Los alambres de contraposeo son típicamente un cuarto de longitud de onda largo en la frecuencia de operación y se colocan en o justo encima del suelo. Mientras que una contraposeida no proporciona protección de relámpago, puede mejorar la estabilidad de señal proporcionando una técnica de baja impacto.

Materiales y prácticas de instalación

La longevidad y el rendimiento de un sistema de tierra dependen de los materiales utilizados y de la calidad de la instalación. La corrosión, las conexiones sueltas y el corte de conductores inadecuadas son los puntos de falla más comunes.

Conductores y sellos

Los conductores de tierra deben ser listados para la aplicación. El cobre de latón o el cobre de latón es preferido para las carreras de carga directa, mientras que el alambre aislado se utiliza para conexiones de alto nivel para evitar el contacto accidental. El tamaño mínimo del conductor es típicamente #10 AWG para los alambres de tierra de la antena por NEC, pero #6 AWG o más se recomienda para la protección del rayo.

Prevención de la corrosión

Los metales disimilares en la vía de tierra pueden causar corrosión galvanizada. Usar un tipo de metal único en todo el sistema, o añadir grasas dieléctricas o compuesto antioxidante, previene esto. Para las conexiones de cobre a tallo, utilizar abrazaderas de transición especificadas. Las inspecciones regulares (al menos anualmente) deben verificar los depósitos verdes o blancos, que indican la corrosión.

Bono de tierra

Todos los bastones, placas y acero de construcción deben ser unidos para formar un plano equiparativo. Esto evita diferencias de tensión peligrosas entre sistemas de tierra separados durante una huelga de relámpago. Los conductores de bonificación deben ser al menos #6 AWG o más grande y funcionar lo más directamente posible. El sistema de unión debe conectarse a través de un solo punto en el tren de la barra principal.

Pruebas y mantenimiento

Un sistema de tierra es sólo eficaz si mantiene baja resistencia con el tiempo. Las pruebas periódicas con un medidor de resistencia de tierra de pinza o un equipo de tres plazos de caída de potencia verifican el cumplimiento de los requisitos de código. Las lecturas deben ser tomadas durante condiciones secas para representar el peor escenario. Cualquier aumento de más del 20% de la instalación inicial debe impulsar la investigación y la acción correctiva, como varillas adicionales o tratamiento de suelo, además, inspecciones mecánicas de interrupción

Los registros de mantenimiento deben ser mantenidos para cada sitio de la antena, documentando mediciones iniciales de resistencia terrestre, fechas de inspección y cualquier reparación. Para comunicaciones críticas de misión, pruebas anuales y mantenimiento son obligatorios en muchas industrias. Las estaciones terrestres satélites, centros de envío de emergencia y las instalaciones de radiodifusión suelen tener horarios más rigurosos.

Normas y códigos

El cumplimiento de las normas establecidas no es opcional para instalaciones seguras de antena. El documento principal en los Estados Unidos es el Código Nacional Eléctrico (NEC), específicamente el artículo 810 para equipos de radio y televisión, y el artículo 250 para el arrastre y la unión general. El IEEE Standard C62.41 cubre la protección contra el aumento de presión, mientras que IEEE 998-2012 proporciona una guía para el blindaje directo de golpes de subestaciones, que se aplica a grandes granjas de telecomunicaciones 605.

El NEC requiere que el conductor de la antena sea tamaño no menor que el #10 AWG cobre y esté conectado al sistema de electrodos de la construcción. Muchas jurisdicciones locales han adoptado el NEC con enmiendas, por lo que es necesario comprobar con la autoridad que tiene jurisdicción (AHJ) antes de la construcción. Para los operadores de radio novatos, el código

Errores comunes para evitar

Incluso los instaladores experimentados pueden pasar por alto detalles importantes. Un error frecuente es el uso de un conductor subseleccionado: un cable de GTE #14 para el arrastre puede cumplir con el código mínimo en algunas situaciones, pero tendrá una impedancia demasiado alta para una protección eficaz del rayo. Otro error es unir el suelo de la antena a una tubería de agua que no es parte del servicio de agua metálica: los insertos plásticos o reparaciones pueden romper la continuidad.

Algunas instalaciones descuidan unir barras de tierra separadas, creando una diferencia potencial que puede dañar el equipo durante un aumento. Otros no instalan un rayo de fuerza en la línea de alimentación, asumiendo que el suelo de la antena solo proporciona protección. De hecho, una huelga de rayo induce tensión en el conductor interno, que la varilla de tierra sola no puede abordar. Un dispositivo protector de aumento nominal para la frecuencia y el nivel de potencia del sistema debe ser instalado en el punto en que la señalización periódica de verificación del edificio de la gente.

Conclusión

La puesta en marcha de antenas es un requisito de doble propósito: mejora la estabilidad de la señal reduciendo el ruido y la interferencia, y protege la vida y la propiedad de los peligros eléctricos. Las técnicas discutidas – varillas de tierra, placas, contrapois y estructura de construcción – cada uno tiene su lugar, dependiendo del entorno de instalación y la frecuencia operativa.

Para más lectura, consulte la Guía de PolyPhaser ] para aplicaciones de protección y de tierra, y la IEEE 998-2012 Estándar para la Protección de Rayos] para metodologías de evaluación y diseño integrales de riesgos.