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Analizadores de antena

Los analizadores de antena son un tipo de medidores ROE/SWR analógico-digitales que generan su propia portadora. Al contrario de los watímetros ROE, estos funcionan sin necesidad de conectar el transmisor de radio ya que incorporan su propio generador RF. Se abre el circuito y se mide en el tramo deseado (sólo antena o bien línea + antena).

Otros parámetros de los analizadores de antena son: reactancia (X), resistencia (R), impedancia (Z), fase… También se pueden conectar a transmisor para actuar de frecuencímetro, medidor de atenuación en tramos de coax, etc. Suelen llevar batería, lo que los hace muy útiles para mediciones de campo. En el siguiente peldaño se encuentran los VNA (Vector Network Analyzer), que incorporan funciones más avanzadas. Este modelo llega a 20GHz, soporta guías de onda, carta de Smith… y cuesta sobre 30.000€.

La característica más importante es el ancho de banda soportado, que coincidirá con el rango de frecuencias del generador RF integrado. La técnica empleada en los analizadores de antena es la reflectometría temporal que consiste en enviar pulsos del generador RF y usar su demora y amplitud para obtener la ROE, longitud de cable, etc. El ancho de banda determina el precio, que normalmente oscilará entre 300€ y 600€.

En este artículo se tratan dos analizadores de antena MFJ, empresa enfocada a radioaficionados y radiocomunicaciones marítimas.

Si necesitas medir a frecuencias más elevadas (Wi-Fi, telefonía móvil), quizá te convenga adquirir varios medidores de banda fija para cada necesidad, como este, que está muy bien para Wi-Fi y Bluetooth y se encuentra por unos 200€.

Recuerda que trabajamos a Z=50Ω a menos que se especifique otra cosa.

Este VNA sólo funciona de 2,3 a 2,6GHz, pero es completamente digital. Tiene modos de análisis espectral muy completos y es fácil de usar. El tutorial completo en este enlace.

Especificaciones y manual del usuario. Producto descontinuado en marzo de 2017. Todavía a la venta en muchos sitios.

Especificaciones y documentos de apoyo (manuales). Analizador de antena muy versátil.

Cuenta con portapilas para alimentación con pilas/baterías AA. Recuerda que cuando conectes la fuente de alimentación (12Vdc o 13,8Vdc según versión) se recargarán las baterías AA, así que no lo dejes nunca con pilas no recargables.

Rangos de frecuencia soportados:

  • 530KHz-230MHz
  • 415-470MHz (hasta 520MHz en versión PRO)

Vídeo descripción (inglés):

La antena se conecta al conector N hembra o al adaptador a conector UHF hembra (mucho más habitual en antenas de radioaficionado).

Conectores del MFJ-269. Fig. 1

Recuerda que aunque son parecidos, el conector type N soporta más ancho de banda que el UHF.

La tierra afecta a la medición ROE. Conecta un terminal faston en la toma GND para medir con más precisión.

Dado el ancho de banda soportado, este analizador permite medir antenas de banda ciudadana (27MHz), banda de 2m (144MHz) y de LPD433 MHz, que son muy utilizadas por radioaficionados. En esos rangos es muy fácil hacer antenas caseras sin necesidad de balun.

Para seleccionar la frecuencia de medida ROE (que es en la que el generador RF crea la portadora de prueba), primero se escoge la escala (como en un multímetro) y después se hace el ajuste fino con la rosca “TUNE”: Fig. 2: Selector de frecuencia generador RF.

Medidas

En la siguiente imagen se pueden ver algunas mediciones ROE:

  • Una antena casera resonando a 145,45MHz con una ROE de 1,3 (casi perfecta!)
  • Una carga resistiva con ROE = 1,1
  • Un circuito abierto con ROE = 17,9 (realmente es ∞)

Fig. 3: Varias mediciones ROE.

Medida en circuito abierto

Enciende el medidor ROE sin carga en la salida. Tras el autotest arrancará en el modo “IMPEDANCE R & X”, que sirve para medir ROE. Las agujas se dispararán (SWR=inf, Z=inf), aunque LCD dará una medida sin sentido (R=0, SWR>31 o similar):

Fig. 4: Medición en circuito abierto (SWR=∞)

Manipula la frecuencia y verás que la ROE es infinita en todo el ancho de banda.

Medida con carga resistiva

Conecta ahora una carga resistiva de 50Ω. Verás que te sale una ROE casi perfecta (SWR≈1, con R≈50Ω y X≈0). Varía la frecuencia manipulando las roscas y verás que la ROE casi no cambia. Lógico ya que la componente reactiva, que es la que varía con la frecuencia, es 0.

Fig. 3: Reactancias de la resistencia de 50Ω (tienden a 0).

Pulsa la tecla “MODE” varias veces para medir la XC y la XL. Verás que se anulan.

Medida con antena

Sujeta la antena a un mástil y pon la toma de tierra. Si no es posible, pon la antena vertical sujetando con la mano y con espacio libre para facilitarle campo lejano.

Una buena medida a 145,45 MHz:

Fig. 6: Medición ROE muy buena.

Medida con antena UHF

Pulsa el botón UHF. Ajusta el TUNE hasta la frecuencia de diseño (resonancia) de la antena.

En este modo no se puede medir impedancia. Tampoco XC ni XL pero sí la ROE. Medida con una antena de 433MHz:

Fig. 7: Las mediciones ROE varían con la frecuencia. En la segunda imagen se ve asomar la antena.

Desactiva el pulsador UHF al terminar.

Contador de frecuencia

El frecuencímetro o contador de frecuencia es un modo que funciona introduciendo señales RF por la toma coaxial BNC “frequency counter input” que se puede ver en la figure 1.

No apliques señales de más de 5V pico a pico en el frecuencímetro y evita la corriente continua o destruirás el medidor.

Para hacer una medición segura, lo mejor es utilizar un transmisor de radio de poca potencia. Si no tienes, tendrás que usar un generador de función típico (generador de baja frecuencia, BF), para lo cual deberás hacer comprobaciones de potencia antes de conectar el analizador de antena.

Conecta el generador BF a un osciloscopio y ajusta la frecuencia deseada (en mi caso 1MHz) y la amplitud por debajo del máximo. Después verifica la señal en el osciloscopio. Quizá quieras usar el atenuador para que no haya posibilidad de accidente.

Fig. 8: Preparamos la señal en el generador de baja frecuencia + osciloscopio. Una vez que la tenemos (<5Vpp), la podemos mandar al analizador de antena.

Una vez hecha la comprobación, conecta el extremo del conector BNC del osciloscopio al analizador de antena y pulsa MODE hasta llegar a “Freq counter”. Esta medida deberá coincidir con la del osciloscopio. Pulsa el botón “GATE” para ajustar la base de tiempos (precisión).

Otro ejemplo: En la imagen siguiente se está midiendo directamente en la antena de una emisora FM conectando una sonda de osciloscopio al analizador de espectros. Se podría hacer la misma medida usando el frecuencímetro.

Fig. 9: Análisis espectral de un transmisor FM. Portadora a 85,5 MHz.

Medidor de atenuación

Cuando midas la atenuación de un cable, hazlo en circuito abierto. Este analizador permite medir atenuación con antena al final de la línea, en circuito abierto o en corto, pero no con carga resistiva al final ya que la medida de atenuación será mayor de la realidad.

Los cables tienen más atenuación cuanta más frecuencia tenga la señal que transporten:

Fig. 10: La atenuación aumenta con la frecuencia: 0,8dB a 144MHz y 2dB a 433MHz.

El DTF (Distance to fault) sirve para obtener la longitud del cable. El procedimiento es algo complejo, pero el resultado vale la pena.

Aguanta pulsados GATE y MODE simultáneamente dos veces hasta llegar al menú avanzado 2. después ajusta el factor de velocidad con GATE (+) y MODE (-) según las especificaciones del fabricante. Acepta pulsando GATE y MODE a la vez. Entrarás en el modo “DTF”. Busca ahora una frecuencia en la que XS y la impedancia se acerquen lo más posible a 0. Guardala con GATE (1st). Repite el proceso para otra frecuencia distinta que cumpla lo anterior (2nd). A continuación te dará la longitud del cable.

Fig. 11: Medición de longitud en dos pasos.

Más información

En la página del fabricante puedes descargar el manual de instrucciones hay más información y explicaciones de como ajustar baluns, antenas, etc. Puedes explorar también los menús avanzados y ver cómo se obtienen las pérdidas de retorno, la eficiencia de la adaptación o la fase de la impedancia.

Especificaciones y documentos de apoyo (manuales). Este analizador de antena incorpora funciones gráficas. Se puede alimentar con fuente/batería o bien con un cable USB A-B.

Aliméntalo y ajusta correctamente POWER SOURCE y POWER. Al arrancar te pedirá elegir modo con uno de los cuatro pulsadores:

Fig. 12: Pulsadores de selección de modo.

Análisis de antena: modos ANT-G y ANT-S

Entra en ANT-G. Elige la frecuencia con la rosca TUNE. Verás los parámetros de antena.

Fig. 13: Medición ROE fija (ANT-G) y en gráfica de frecuencia (ANT-S).

Cuando termines pulsa EXIT para reiniciar el medidor. Entra ahora en ANT-S. Sirve para trazar gráficas de SWR, Impedance Magnitude, Resistance, Reactance, Return Loss, and Phase. Pulsando “FUNCTION” cambias de gráfica.

  • El “Step” se regula girando la rosca “TUNE”.
  • El ancho de banda se regula presionando la rosca “TUNE”
  • Los modos S, F, U permiten regular:
    • S: Ajusta el tamaño del paso cuando ajustes W y F: 1kHz, 10kHz, 100kHz, 1MHz, 10MHz en cada toque de la rosca.
    • W: Ajusta el ancho de banda (“span”).
    • F: Ajusta la frecuencia.

Pulsando FUNCTION se cambia de gráfica, lo malo es que no te dice en cuál estás.

Análisis de cable: longitud y atenuación

Conecta un cable con el extremo abierto en OUTPUT, activa el medidor y entra en cable mode (botón 2). Pulsa MODE para medir la longitud del cable a su frecuencia de resonancia. Ajusta el factor de velocidad con la rosca TUNE. La longitud aparecerá en metros (MS) y en pies (F):

Fig. 14: Longitud de cable: 7,65m (23,06ft) obtenida con factor de velocidad de 0,66. Fíjate en el aviso de mantener extremo en circuito abierto.

Ahora pulsa FUNCTION para pasar al modo CABLE → LOSS. Ajusta el paso “S” y la frecuencia “F” para la que quieres saber las pérdidas:

Fig. 15: Pérdidas en cable a 27MHz (0,18dB) y a 133MHz (0,62dB).