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Traducido por: Mario Berrocal Aguero, TI2MAB.
La antena G5RV, con su sistema de alimentación especial, es una antena multibanda alimentada al centro con capacidad de operación eficiente en todas las bandas de HF, desde 3.5 a 28 MHz
Sus dimensiones son específicamente diseñadas para ser instaladas en áreas de espacio limitado, con lo cual puede acomodarse, razonablemente, en línea recta con sus 102 pies (31.08 mts.) horizontales.
Como la radiación completa de una antena horizontal o V invertida tiene lugar desde el centro, a las dos terceras partes de su longitud total, en cada extremo de la misma, se puede hacer que sus puntas queden en caída vertical, semivertical o curva, en un ángulo conveniente hacia el cuerpo principal de la antena, sin una perdida significativa de la eficiencia de la radiación.
Para la instalación en áreas muy limitadas de espacio, las dimensiones de ambos "brazos" y de la sección acopladora de la antena, pueden dividirse entre un factor de 2 para formar una G5RV de media onda, la cual seria una antena eficiente desde 7 hasta 28 MHz.
El tamaño completo de la antena G5RV funcionara también en la banda de 1.8 Mhz. si el extremo final de la sección adaptadora es unida a la estación transmisora, mediante una línea balanceada o trozo de coaxial y una red de acoplamiento (antena Tuner o transmatch), además de una buena conexión a tierra o un cable tipo contrapeso (counterpoise),similarmente, la versión de media onda de esta antena, puede ser usada en las bandas de 3.5 y 1.8 MHz.
En distinción de las antenas multibandas en general, la G5RV, versión completa, no fue diseñada como una dipolo de media onda en su frecuencia menor de operación, sino que fue diseñada como un hilo largo de 3 medias longitudes de onda, alimentado al centro en 14 MHz., donde una sección acopladora de 34 pies (10.36 mts.) de línea abierta, funciona como un transformador de impedancias de 1:1.
Esta sección conectada a una línea paralela de 75 Ohms, o a coaxial de 50 u 75 Ohms, observara una impedancia cercana al acople en esa banda con una consecuente baja ROE en el alimentador.
Sin embargo en todas las otras bandas de HF, la función de esta sección es actuar como una sección de maquillaje para acomodar las ondas estacionarias (componentes de la corriente y voltaje) las cuales, en ciertas frecuencias de operación, no pueden ser acomodadas completamente en la porción radiante de los "brazos" horizontales (o V invertida).
La frecuencia central de diseño, de la versión completa de la G5RV, es 14.150 MHz. y la dimensión de 102 pies (31.08 mts.) son derivados de la formula para antenas "Hilos largos" (Long Wires):
Long. fts = ( 492(n - 0.05) 492 x 2.95 ) / (Frecuencia en MHz)
Long. fts = ( 492(n - 0.05) 492 x 2.95 ) / 14,5
Resultando = 102.57 ft (31.27 m)
Donde: n = es el numero de medias longitudes de onda del cable (parte horizontal). El sistema completo, deberá ser llevado a resonancia mediante el uso de una sección acopladora. En la practica, la antena es cortada a 102 pies (31.08mts.).
Como la antena no hace uso de trampas o aros de ferrita, la porción del dipolo viene a ser progresivamente de una mayor longitud eléctrica con el incremento de la frecuencia. Este efecto confiere ciertas ventajas sobre una trampa o sobre dipolos cargadas con aros de ferrita porque, con el incremento de la longitud eléctrica, el lóbulo principal del componente vertical del diagrama polar, tiende a ser bajado cuando la frecuencia de operación es incrementada. Entonces, desde 14 MHz. hacia arriba la mayoría de la energía radiada en el plano vertical esta en los ángulos convenientes para los trabajos de DX. Además el diagrama polar cambia con el incremento de la frecuencia, desde un típico patrón de un dipolo de 1/2 longitud de onda en 3.5 MHz., a un patrón de dos 1/2 longitudes de onda enfazadas en 7 y 10 MHz. y así hasta una antena tipo "Hilo largo" en 14,18,21,24 y 28 MHz.
También el acople de la impedancia con línea paralela de 75 Ohms o cable coaxial de 75 Ohms, en la base de la sección de acople (línea abierta), es buena en 14 MHz. y aun, el uso de cable coaxial de 50 Ohms, resulta en alrededor de 1.8:1 en la relación de ondas estacionarias, en esta banda y el uso conveniente del correcto tipo de una red de acople (antenna tuner o transmatch), es necesario en todas las otras bandas de HF (pero no se habla del uso de un Balun, como lo piensan algunos). Esto es así porque la antena mas la sección de acople de la misma (línea abierta), presentaran una carga reactiva al alimentador en esas bandas.
Así, el uso del correcto tipo de red de acople, es esencial en el orden de asegurar un máximo de transferencia de energía a la antena, desde un típico transmisor, teniendo un coaxial de 50 Ohms (línea desbalanceada) en la salida. Esto significa una entrada desbalanceada a una salida balanceada, si el alimentador de línea paralela es usado , o, de una desbalanceada a desbalanceada si el alimentador usado es un coaxial.
Una red de acople también es empleada, para satisfacer las condiciones de cargas convincentes, demandadas por tales equipos modernos que tienen un sistema de control de nivel automático. El sistema siente las condiciones de la ROE presentes, en la salida del transmisor de estado sólido y así, protegerlo de un daño, el cual podría ser causado por una carga reactiva, teniendo una ROE de mas de 2.1:1.
El razonamiento anterior no se aplica al uso de la versión completa de la antena G5RV, en 1.8 MHz. o a la versión de uso de media onda en 3.5 y 1.8 MHz. En estos casos, el terminal del conductor alimentador de la antena que va a la estación deberá ser sujetado y el sistema sintonizado a resonancia, por una serie convenientemente conectada a un circuito de inductancia y capacitancía, que se conecta también a una buena tierra, o a un cable de contrapeso (counterpoise).
Alternativamente, una red de acople de tipo desbalanceado a desbalanceado, tal como un circuito de acople en T o L, puede ser utilizado. Bajo estas condiciones la porción de los "brazos" de una antena horizontal (o V invertida), mas la sección de acople y el alimentador, funcionan como una antena Marconi o antena T, con la mayor radiación efectiva teniendo lugar desde la porción vertical o desde cerca de la porción vertical del sistema; la horizontal actúa como un elemento de carga capacitiva superior. Sin embargo, con el sistema alimentado como se describió arriba, una radiación muy efectiva es obtenida en estas dos bandas, aun cuando la horizontal esta mas baja, algo así como a 25 pies (7.62 mts.) sobre la tierra.
TEORIA DE LA OPERACION:
La teoría general de operación ha sido explicada arriba.
La teoría de operación detallada en cada banda, desde 3.5 hasta 28 MHz. continua.
La relevancia teórica del plano horizontal del diagrama polar para cada banda puede ser hallado en cualquier manual especializado de antenas. Sin embargo debe de tenerse en mente lo siguiente:
a- el diagrama polar se muestra generalmente, en dos formas dimensiónales que son, de hecho, figuras tridimensionales (sólidas) alrededor del plano de la antena; y b- toda la teoría de los diagramas polares ha sido modificada por los efectos de la reflexión y la absorción de objetos conductores cercanos, tales como cercas de alambres, casas de metal, sistemas de cableado eléctrico y aun árboles altos. También la conductividad local de la tierra materialmente afectara el patrón de radiación polar actualmente producido por una antena.
Los diagramas polares teóricos están basados en la asumpcion de que una antena esta apoyada, en espacio libre y sobre de una tierra perfectamente conductora. Tales condiciones son, obviamente, imposibles de alcanzar en el caso de instalaciones típicas de aficionados. Lo que esto significa en la practica es que el lector no deberá sorprenderse si una antena particular, de una instalación típica de aficionado produce contactos donde una nulidad es indicada en el diagrama polar teórico y talvez una radiación no tan efectiva en las direcciones de los lóbulos principales, como debería indicarse teóricamente.
EN LA BANDA DE 3.5 MHz.:
En esta banda cada mitad horizontal mas los 17 pies (5.18 mts.) de cada pierna de la sección acopladora, forman un dipolo plegado de media longitud de onda, levemente horizontal.
El remanente de la sección acopladora actúa como una indeseable, pero inevitable, reactancia entre el centro eléctrico de la dipolo y la red acopladora del alimentador.
El diagrama polar es, efectivamente, como el de una antena dipolo de media longitud de onda.
EN LA BANDA DE 7 MHz.:
En esta banda la forma horizontal, mas los 16 pies (4.87 mts.) de la sección acopladora, funcionan como un dipolo parcialmente plegado de 2 medias longitudes de onda en fase, haciendo que la antena produzca un diagrama polar con el lóbulo del patrón de una antena dipolo de media onda, debido a sus características colineáles. Otra vez el acoplamiento con línea paralela de 75 Ohms o coaxial de 50 u 80 Ohms, como alimentador conectado a la base de la sección acopladora (línea abierta), es degradado por una indeseable reactancia que se presenta en la mitad inferior de la sección de acople (línea abierta), pero, despreciándosele mediante el uso de una adecuada red de acople de impedancias (antennatuner o transmatch) el sistema carga bien e irradia muy efectivamente en esta banda.
EN LA BANDA DE 10 MHz.:
En esta banda, la antena funciona como una colineal de 2 medias longitudes de onda en fase, produciendo un diagrama polar prácticamente similar al del comportamiento de la banda de 7 MHz. Una carga reactiva se presenta al alimentador en la base de la sección acopladora (línea abierta), pero al igual que en 7 MHz., el desempeño es muy efectivo.
EN LA BANDA DE 14 MHz.:
En esta frecuencia, las condiciones son ideales. La forma horizontal de la antena, con 3 medias longitudes de onda y alimentación al centro, producen un diagrama polar de un multilobulo de irradiación en donde la mayoría de su potencia radiada, se presenta en el plano vertical, en un ángulo de alrededor de 14 grados, haciéndola efectiva en el trabajo de DX.
Como la resistencia de radiación al centro de un hilo largo de 3 medias longitudes de onda y soportadas a una altura de 1/2 longitud de onda sobre la tierra de un promedio de conductividad de alrededor de 90 Ohms, la sección de acoplamiento funciona ahora como un transformador de impedancias de 1:1. Un alimentador de cualquier tipo de impedancia característica entre 75 y 80 Ohms, verán una carga no reactiva (resistiva) de alrededor de este valor en la base de la sección de acople (línea abierta), así que la ROE, en el punto de alimentación, será de una relación 1:1.
Aun en el caso de usar, como alimentador, un coaxial de 50 Ohms, resultara en una ROE de solo 1.8:1. Esto asumiendo aquí, que los 34 pies (10.36 mts.) es un promedio de altura para las antenas en las instalaciones de aficionados.
EN LA BANDA DE 18 MHz.:
En esta banda la antena funciona como una antena de 2 longitudes completas de onda alimentada en fase; esto combina la ganancia de salida de un conjunto de 2 elementos colineáles con un ángulo zenital bajo de radiación con el de un dipolo de 1/2 longitud de onda, debido a las características de un "Hilo largo".
EN LA BANDA DE 21 MHz.:
En esta banda la antena trabaja como un "Hilo largo" de 5 medias longitudes de onda, produciendo un diagrama polar con un multilobulo, con un ángulo zenital efectivamente bajo de radiación. Además una carga de alta resistividad se presenta al alimentador en la base de la sección acopladora (línea abierta) y el sistema carga bien cuando es usado en conjunto con una red de acople adecuada, radiando en forma efectiva para el trabajo en contactos de DX.
EN LA BANDA DE 24 MHz.:
Aquí también como en la explicación anterior, otra vez la antena funciona como un "Hilo largo" de 5 medias longitudes de onda, pero con la desviación en las posiciones de los antinodos de las corrientes en la forma horizontales y la sección acopladora (línea abierta). La sección acopladora presenta ahora una condición de carga resistiva mas baja al alimentador conectado a su extremo mas bajo que la que hace en 21 MHz. Otra vez el diagrama polar presenta un multilobulo con un ángulo zenital bajo de radiación.
EN LA BANDA DE 28 MHz:
En esta banda la antena funciona como dos antenas del tipo "Hilo largo", cada una de 3 medias longitudes de onda alimentadas en fase. El diagrama polar, es similar al del "Hilo largo", pero aun con mas ganancia sobre un dipolo de media longitud de onda, debido al efecto colineal obtenido por la alimentación de 2 antenas de 3 medias longitudes de onda en línea y con una proximidad cercana en fase.
CONSTRUCCION DE LA ANTENA:
Las dimensiones de la antena se obtendrán mediante la formula como se indico anteriormente. Si es posible, el mejor uso de esta antena se obtiene en su ubicación horizontal y en línea recta, siendo erigida tan alto como sea posible sobre la tierra.
En la descripción de la teoría de operación, se ha asumido que es posible erigir la antena a una altura promedio de alrededor de 34 pies (10.36 mts.), lo que haría que sea una altura optima para el funcionamiento en 14 MHz. En cuanto a las bandas de 1.8, 3.5 y 7 MHz. esta altura será muy baja para cualquier antena horizontal, lo que haría que no se de una muy buena eficiencia en el rendimiento de la misma. En la practica, muy pocos radioaficionados pueden instalar mástiles a la altura optima, de media longitud de onda en la banda de 3.5 o 7 MHz. y definitivamente no, en la 1.8 MHz.
Si no es posible acomodar una antena de 102 pies (31.08 mts.) en forma horizontal y en línea recta, por razones de limitación de espacio, a una elevación de 10 pies (3.04 mts.) en cada extremo del cable se puede permitir dejarse colgar en posición vertical y en un ángulo conveniente, o dejarse curvos en un plano horizontal, con un resultado prácticamente sin efecto en el desempeño de la misma.
Esto se debe a que en cualquier antena dipolo resonante, la mayor radiación efectiva, toma lugar desde el centro de la misma hacia las dos terceras partes de su longitud, donde los antinodos de la corriente están situados. Cerca de cada extremo de tal antena, la amplitud de las corrientes de ondas estacionarias caen rápidamente a cero en la parte exterior de las extremidades de la antena. Consecuentemente, la radiación efectiva de estas partes de la antena es mínima.
La antena puede también ser usada, en forma de una "V" invertida.
Sin embargo, se deberá recordar que en tal configuración, para lograr una radiación efectiva, el ángulo incluido en su vértice, deberá ser no menor de 120 grados.
El uso de alambre 14 AWG de cobre esmaltado, es el recomendado para la sección horizontal, pero también se pueden usar medidas mas delgadas, tales como 16 o 18 AWG (en lo particular, yo use el numero 16 y funciona bastante bien, TI2MAB).
LA SECCION ACOPLADORA:
Esta deberá ser, preferiblemente, de línea abierta para una mínima perdida. Como esta sección lleva siempre una corriente de onda estacionaria (y voltaje), su impedancia es insignificante.
Una típica y satisfactoria forma de construcción es hacer los separadores de ambas líneas, en plástico acrílico o si no se puede, en PVC.(Separación entre Líneas = 5 cm)
Si usted decide usar línea de 300 Ohms, como alimentador para esta sección, es preferible que sea del tipo "escalerilla", ya que es extremadamente importante tener en cuenta, si se usa cinta sólida, que con el polvo, agua y nieve, la sección acopladora se desintonizara fácilmente.
Para construir esta sección, deberá tenerse en cuenta el factor de velocidad del cable usado (VF), ya que para la confección de dicha sección la longitud de onda eléctrica es algo mas pequeña que la longitud física. Así, si se calcula una media longitud de onda para 14.15 MHz con línea de 300 Ohms, tipo "escalerilla", el factor de velocidad seria de 0.90, lo que nos daría una longitud de 31 pies (9.51 mts.)
Antena Vertical versus Horizontal
Existe una serie de dudas y de interrogantes, comunes a un gran numero de aficionados ¿Es comparable una buena instalacion de antena vertical, con una rotativa ? ¿ Que resultados da el dipolo doblado ? ¿ Es preferible a una vertical ? ¿ Es cierto que una vertical eficaz debe tener radiales ? ¿ Cual es la mejor forma de adaptar una antena vertical a la linea coaxil ? Si instalo una antena vertical en el techo de mi casa ¿ que buena tierra se recomienda ? ¿ Que tal son las antenas verticales con bobinas trampa ?
Las antenas verticales resultan atrayentes al aficionado medio, debido a que por lo general carecen de espacio para instalar antenas de gran tamaño como hilos largos , doble zeppelin y otras para las bandas mas bajas de hf .
Aunque una antena rotativa requiere poco espacio libre y puede montarse sobre una torre pequeña , una antena de este tipo cuesta mucho mas que una vertical y en algunos lugares no funciona tan bien.
Una unica antena vertical es multidireccional ( notese lo de multidireccional ya que la palabra omnidireccional seria mas apropiada para el radiador isotropico que es solo para usos teoricos porque en la practica este tipo de antena no existe )
La rf emitida por la antena vertical es polarizada verticalmente y cuando la transmisión de onda de tierra es una necesidad ( especialmente en el espectro de media y baja frecuencia ) la antena vertical resulta ideal. Sin embargo, las antenas polarizadas horizontalmente como los dipolos , las antenas direccionales y otras son preferibles en estas frecuencias, porque son menos receptoras del QRN polarizado verticalmente y producido por el hombre ( motores , generadores , sistemas de encendido de automoviles y muchos tipos de artefactos domesticos ).
Cuando se usan frecuencias superiores, que dependen de la propagacion por rebote en las capas de la ionosfera para la comunicacion a larga distancia, puede emplearse ya sea la transmision vertical u horizontal, con muy poca diferencia .
Las ondas de alta frecuencia reflejadas en la ionosfera generalmente llegan polarizadas elipticamente, de manera que un aficionado puede usar indistintamente sistemas horizontales o verticales .
Para trabajos en vhf y uhf donde la linea visual es la regla y no la excepción, las ondas emitidas llagan a nuestra antena como fueron polarizadas originalmente por una antena vertical u horizontal, de manera que la antena receptora para captar con maxima señal debe tener la misma polaridad que la antena transmisora .
Horizontales versus Verticales
Tanto las antenas verticales como las horizontales tienen ventajas y desventajas inherentes, segun sea la frecuencia usada y el modo de transmision empleado.
La antena horizontal es la menos afectada por una ubicacion cercana a torres, edificios,arboles,etc.
La antena vertical requiere poco espacio para su instalacion en comparacion con la antena horizontal.
Para trabajo en 160,80 y 40 mts. es dificil superar a la antena vertical bien diseñada . Pero para la mayoria de los radioaficionados la antena vertical debe ser del tipo " abreviado" y emplear trampas o bobinas de carga, porque las antenas verticales largas presentan dificultades mecanicas.
Con el fin de que la antena vertical funcione adecuadamente, debe ir instalada sobre una buena tierra conductora o usarse radiales para aumentar la potencia irradiada esto es especialmente aplicable a las antenas verticales de cuarto de onda.
Para el uso general multibanda la antena vertical, debido a las limitaciones fisicas de la altura no funcionara tan bien como por ejemplo un dipolo multibanda .
La antena Vertical de cuarto de onda
La altura eficaz de una antena vertical de cuarto de onda es de alrededor de 0,6 de su longitud fisica y en 1/8 de largo de onda, la altura eficaz se reduce a alrededor de 0,5 .
Si acortamos la antena por debajo de 0,5 se producira una gran reduccion en el rendimiento total .
La mayoria de las antenas verticales de cuarto de onda se hacen funcionar de acuerdo al tipo Marconi, es decir se conectan a tierra directamente o con un circuito sintonizado en serie
Debido a la reflexion de tierra, la antena vertical conectada a tierra parece como una antena de medio largo de onda,suministrando la tierra el cuarto de onda adicional, siempre que tenga una baja resistencia .
La resistencia de radiación de la antena vertical comun de un cuarto de onda es de unos 36 ohms y a medida quese reduce la altura fisica sucede lo mismo con la resistencia de radiación .
Hay que recordar que la corriente que fluye por todo el circuito de la antena y la resistencia total de la irradiación, determinan la cantidad de potencia irradiada.
En la instalacion,vertical conectada a tierra, hay que recordar que la tierra es parte del circuito de la antena y que ( segun sea la resistencia ) tiene una gran influencia sobre la cantidad de corriente que fluye en la antena propiamente dicha .
Para vencer los efectos de la alta resistencia de tierra y de la conductividad deficiente, se usan radiales o deberian usarse en la instalacion de radioaficionados comun. En las antenas verticales cundo se instalan sistemas radiales de un cuarto de onda de largo , tendran un desempeño mucho mayor .
Si los radiales se entierran unos 30 cm dispuestos en la forma de una rueda con rayos, con elc centro conectado al punto de tierra vertical se obtendra un sistema de tierra de resistencia casi cero. El sistema radial puede instalarse por encima del suelo en caso que el terreno sea liso y parejo. Los radiales en forma de rueda se tienden simplemente sobre el suelo debajo de nuestra antena y se afirman bien con estacas metalicas o jabalinas.
Si una antena Hertz se hace de medio largo de onda de longitud, la tension entre la base y tierra sera aproximadamente tres veces mayor que la de la antena vertical de cuarto de onda . La alimentacion de la antena vertical de cuarto de onda puede efectuarse como se ilustra en la figura 1 , en la figura 2 aparece el emtodo para alimentar la antena vertical Hertz o aislada en la base la cual es la de uso mas popular entre los aficionados y mas para uso movil.
En las bandas mas altas 10 , 6 y 2 mts. no es imposible mecanicamente una antena vertical de cuarto de onda .
Sin embargo en los 80 mts. una vertical de cuarto de onda tiene aproximadamente 21,3 mts. de alto .
Puede verse facilmente que el armado de una antena de esta altura no resultará tarea fácil . De manera que ¿ como hacer que una antena vertical funcione correctamente en la banda de los 80 mts. ? Bien esto involucra la eliminacion de toda la elevada reactancia capacitiva que podamos, cuando usamos una antena corta de 3/8 de largo de onda o menos y en hacer que la antena que usamos sea electricamente equivalente a un cuarto de largo de onda y resonante a la frecuencia deseada .
Agregando inductancia concentrada en la forma de una bobina de carga, aumentamos la longitud efectiva de la antena y podemos asi hacerla resonar a frecuencias menores.
La mayoria de las antenas moviles son auto-resonantes en los 10 metros, porque tienen un cuarto de largo de onda . Para funcionamiento en las bandas de menor frecuencia, generalmente se usa una bobina de carga . Cada vez que queremos ir a una banda distinta con esa antena , debemos o bien usar una bobina distinta para cada banda o usar una bobina variable en caso que se la use . La antena móvil termino medio para todas las bandas no resulta muy eficaz en las bandas más bajas .
Para la instalacion hogareña resulta practica una vertical de unos 6 mts. de alto y usando la bobina con la inductancia adecuada ( generalmente en su base ) podemos trabajar con cierto exito en la mayoria de las bandas de radioaficionados . Una antena vertical que tiene un cuarto de longitud de onda exacto puede alimentarse generalmente en forma directa con cable coaxil de 50 ohms , una adaptacion mejor seria la mitad de esto o sea dos cables de 50 ohms en paralelo .
Verticales Tipo Trampa
Durante los ultimos años hemos visto el uso cada vez mayor de las antenas verticales con trampas .
Esta antena permite el funcionamiento multibanda con r.o.e. bastante buena . Sin embargo, como ya hemos señalado antes cualquier antena con bobinas trampa , ya sea una vertical ,una direccional o un simple dipolo para 40 y 80 mts con bobinas trampa debe ser necesariamente una antena de compromiso , siendo las principales consideraciones el rendimiento y practicidad. La antena vertical con trampas consiste en secciones de inductor - capacitor sintonizados en paralelo e instaladas permanentemente ( trampas ) en serie con secciones verticales de caño de aluminio . Si se diseña en forma tal de hacer un uso maximo de la longitud mecanica disponible de la antena vertical para la irradiacion en cada banda.
La antena vertical con trampas debe montarse lo mas alta posible por lo cual funcionara muy satisfactoriamente sobre la tierra, siempre que no sea encerrada por arboles, edificios y otras instalaciones próximas.
OTRAS CONSIDERACIONS.
A medida que se aumenta la longitud de una antena vertical, se reduce el angulo de irradiacion . Esto se debe a que las lineas de corriente son mayores en la parte mas alta de la antena, concentrando asi mas energia en el plano original
Siempre que las lineas de corriente se desplazan hacia arriba en una antena vertical, es de esperar una mejor irradiacion .
Las lineas de corriente pueden desplazarse colocando capacitancia o inductancia concentrada en la base de la antena vertical, aumentando su longitud mas alla de un cuarto de onda de largo, o terminando la porcion vertical en una configuracion superior plana . La antena L invertida de parte superior plana , no es muy conocida por los radioaficionados si bien han escuchado hablar de ella .
Las lineas de corriente de esta antena estan en la parte mas alta de todo de la porcion vertical recta, con el resultado de que ostenta un gran rendimiento de irradiacion. En general la antena vertical es una buena antena y debe ser probada por todos aquellos que tienen poco espacio donde montar su antena . Si se la alimenta adecuadamente y se provee una tierra o sistema de radiales adecuados o lo mejor que este a nuestro alcance, funcionara maravillosamente bien.
Paolo Fallini
CX2UA
Interesante enlace Antenas.
http://ea7hfw.ure.es/aMARCOS.htm
INTRODUCCION
La antena es el elemento más importante de toda estación de radio. Todo lo que hacen los equipos de una emisora es amplificar y transformar energía de corriente alterna. Sin embargo, para que una estación pueda comunicarse con otra sin recurrir a cables de interconexión, se necesita transformar la energía de corriente alterna en un campo electromagnético o viceversa. Cuanto más eficaz sea esa transformación mejor será la estación, independientemente del equipo que se posea.
La antena por sí sola constituye más del 50 % de la calidad de una estación, por tanto, sólo existen dos posibilidades: la antena es buena, o es mejor.
Como se verá a lo largo de este capítulo, algunos tipos de antenas son sencillísimos y fáciles de instalar. El hecho de que una antena sea sencilla no quiere decir que no tenga un rendimiento óptimo. Cualquier antena, por sencilla que sea, si consigue realizar óptimamente, o sea, sin pérdidas, la transformación de energía de corriente alterna en energía de campo electromagnético (o al revés), será una buena antena.
Otra cosa es que se quiera concentrar el campo electromagnético en una dirección determinada, ya que, esto siempre se realiza en detrimento de las otras direcciones, o lo que es lo mismo, la energía total del campo electromagnético será la misma, sólo que en un caso se difunde en todas direcciones, mientras que en otros va en una sola dirección.
Al instalar una antena, siempre se presenta el problema de que ésta debe encontrarse lo más alta y despejada posible, y forzosamente se la debe conectar de alguna forma a la estación. Ahora bien, como en una antena emisora se le aplica corriente alterna de alta frecuencia, esta conexión debe cumplir unos requisitos muy estrictos. A esta conexión se le denomina línea de transmisión. Se estudiará en primer lugar ya que en la mayoría de los casos condiciona fuertemente el diseño de las antenas
LINEAS DE TRANSMISION
Imagínese dos hilos conductores paralelos que se extienden hasta el infinito y, conectado a ellos, un generador de corriente continua.
En el momento de la conexión veríamos que circula corriente en los cables en las proximidades del generador. Ahora bien, la propagación de la corriente por un conductor se produce a una velocidad no mayor que la de luz, por tanto, a 300.000 km del generador, tardaría 1 segundo en llegar la corriente y a 300 m tardaría 1 microsegundo (una millonésima de segundo). Puede pensarse que este tiempo es muy pequeño pero es el tiempo que una onda de radiofrecuencia de 1 megahercio (un millón de ciclos por segundo), tarda en completar un ciclo, y una frecuencia de un megahercio (MHz) está muy por debajo de lo que actualmente se puede emplear en radio.
La primera banda asignada a radioaficionados está en 1,8 MHz y la última en 40.000. La actual banda de CB se encuentra en 27 MHz y las nuevas bandas propuestas para ella van de 220 a 900 MHz.
¿Por qué circula corriente si los dos conductores no se encuentran nunca? La tensión aplicada a ellos crea un campo eléctrico entre los dos conductores. Como recordaremos dos conductores próximos forman un condensador. Puesto que los conductores son infinitos, la capacidad del condensador también lo es y, por tanto, nunca cesará la corriente que tiende a cargarlo, mientras el generador esté conectado.
Ahorá bien, todo conductor por el que circula corriente tiene una cierta inductancia por unidad de longitud, o sea, equivale a una bobina.
Por tanto, la línea de hilos paralelos que vimos antes puede representarse como una sucesión de bobinas y condensadores, tal como se indica en la figura 1.
IMPEDANCIA CARACTERISTICA DE UNA LINEA
La existencia de una sucesión de inductancias y capacitancias en una línea de transmisión hace que ésta tenga una impedancia característica; se denomina Zo y su valor aproximado es:
Zo= L/C
siendo respectivamente L la inductancia y C la capacitancia por unidad de longitud.
Esta impedancia equivale a una resistencia pura, o sea que absorberá toda la potencia suministrada por el generador. Si suponemos una línea ideal que no tiene pérdidas ni por la resistencia de sus hilos ni por fugas entre ellos, ¿cómo se consume esa potencia? Sencillamente trasladándose hacia el extremo opuesto de la línea, que como está en el infinito no llega nunca.
Por tanto, el generador "ve" a la línea como si ésta fuera una resistencia.La impedancia característica determina, según la Ley de Ohm, la relación que debe existir entre la tensión y la intensidad en la línea.
La impedancia característica de una línea depende de la inductancia de los conductores y de la capacidad entre ellos. Cuanto mayor sea el diámetro de un conductor, menor inductancia por unidad de longitud presenta y, cuanto mayor es la distancia entre los dos, menor capacitancia tienen. Por tanto dos conductores de diámetro grande y pequeña separación, tienen impedancia característica baja, ya que L es pequeña y, C es grande, por tanto, L/C será pequeña. Viceversa dos conductores de pequeño diámetro y gran separación tendrán impedancia alta ya que L será grande y C pequeña con lo que L/C será grande.
LINEAS EQUILIBRADAS
En la realidad, las líneas de transmisión tienen una longitud finita (la que se necesita para llegar a la antena), y por tanto, se debe colocar una carga que disipe la potencia que viene por la línea.
Se dice que una línea está equilibrada cuando la carga que se coloca en el extremo es puramente resistiva y tiene el mismo valor que la impedancia característica de la línea.
En este caso la línea se comporta como si fuera infinita, ya que la carga absorbe toda la potencia de la línea y el generador "ve" lo mismo que para una línea infinita.
Cuando se coloca una carga y ésta es
distinta de la impedancia característica de la línea, se produce la misma situación. Si la carga es menor que la impedancia característica, la línea se comporta de manera parecida a la de la figura 02 y, si es menor a la de la figura 03. La diferencia estriba en que ahora los valores mínimos no llegan a cero y se produce una variación alrededor de la corriente media en la líneae denomina Relación de Ondas Estacionarias, ROE, al cociente entre la intensidad máxima y la mínima de una línea de transmisión.La tercera consecuencia desfavorable de la ROE es que la línea de transmisión aumenta sus pérdidas. Las líneas reales (hasta ahora se ha analizado una línea ideal, que no tenía pérdidas), tienen siempre un cierto grado de pérdidas de potencia. Si la ROE es elevada, estas pérdidas aumentan, reduciendo aún más la potencia que llega a la carga.
De todas formas, una cierta ROE existen en casi todas las instalaciones ya que resulta casi imposible realizar un acoplamiento perfecto entre línea y carga. Una ROE de 1,5:1 es perfectamente admisible en cualquier instalación. Una ROE de 2:1 puede empezar a ser un problema con equipos transistorizados y una ROE 3:1 es ya desaconsejada para cualquier equipo.
ROE = Imax / I min
En el caso de la línea en circuito abierto o en cortocircuito la ROE vale infinito, ya que la intensidad mínima es cero.
Pero, una medida de la ROE no indica si la carga es mayor o menor que la impedancia de la línea. Para saber esto se debe medir la tensión o la intensidad a lo largo de la línea.
Si se produjera a una distancia de la carga de un cuarto de onda o cualquier múltiplo impar de esa longitud, la resistencia de carga es menor que la Zo.
Si la intensidad mínima se produce a media longitud de onda o cualquier múltiple de ella, la resistencia de carga es mayor que Zo.
La misma medida se puede hacer con un voltímetro, pero en este caso los supuestos se invierten.
La ROE también se puede representar como:
ROE = Zo / R si Zo > R
o bien
ROE = R / Zo si R > Zo
Por ejemplo: R = 100 W Zo = 50 W
ROE = 100/50 = 2
se dice que tenemos una ROE de 2 a 1 (2:1)
Nunca se debe decir que la ROE es igual a cero, ya que siempre se pone el número mayor en el numerador y, por tanto, la mínima ROE es 1:1 y la máxima infinito:1. Lo que sí puede decirse es que en una línea no hay ROE osea que está equilibrada o que la ROE es 1:1.
EFECTOS DE LA ROE
El primer efecto de la ROE es que la carga no absorbe toda la energía suministrada por la línea (y por tanto por el generador). Si la carga es una antena, una parte de la energía del transmisor no es radiada y por tanto no se aprovecha.
Otro efecto es que el transmisor se puede encontrar con unos valores de tensión e intensidad superiores a los que puede soportar con seguridad, con el consiguiente peligro de destrucción. Este peligro es más importante en el caso de emisores a transistores que en los de válvulas, ya que éstas tienen un margen de tolerancias más alto, y, por la misma construcción de su circuito de salida, se pueden adaptar mejor que los equipos transistorizados para cargas distintas de las previstas.
MODIFICACION DE LA ROE
Para modificar la ROE, la única operación en una línea es adaptar la carga. Cualquier modificación realizada en el lado del generador no suprimirá la ROE en la línea.
El uso de los llamados "acopladores de antena" entre el transmisor y la línea, evita el problema de destrucción del equipo, pero la línea sigue teniendo ROE y, por tanto, las pérdidas de energía radiada siguen existiendo, agravadas por el propio acoplador que, si no es de excelente calidad, también tiene pérdidas.
Si conociendo este hecho se emplea un sistema de línea y antena con ROE porque no queda otro remedio y conscientes de que el rendimiento es bajo, entonces sí que un "acoplador" evita al menos, los daños al equipo.
CONSTRUCCION DE UN BALUN 1 A 1 La palabra "balún", viene del ingles BALanced Unbalanced y significa que es un dispositivo para adaptar nuestro dipolo (línea balanceada) con el cable coaxial que baja a nuestro transmisor (desbalanceada). Básicamente el balún que reseñaremos está construido con un núcleo de ferrita redondo con un diámetro de 8 a 10 milímetros por un largo de 8 centímetros, el cual obtendremos desarmando alguna radio antigua en mal estado, o buscando en algunas casas electrónicas que dispongan de productos descontinuados. La bobina de este balún 1:1, está construida de un devanado trifilar de 10 vueltas de alambre esmaltado de 1.5 mm a espiras juntas, sin espaciar. Deberemos bobinar bien apretado sobre la ferrita y luego fijar la bobina con algún pegamento no conductor. Tener cuidado ya que la ferrita es sumamente frágil y se puede quebrar fácilmente. Luego de terminada la bobina, cuyo esquema se muestra a continuación, procederemos al conexionado el cual también se señala en el gráfico. Es decir, el final de la bobina 1 se conecta al principio de la bobina 2, de ese punto se alimenta la malla del coaxial. Luego el final de la bobina 2 se conecta al inicio de la bobina 3, desde ese punto sale una de las ramas del dipolo. Finalmente, la otra rama del dipolo sale desde el inicio de la bobina 1. Y el conductor central del coaxial se conecta al final de la bobina 3. Luego de construida la bobina y fijada firmemente sobre la ferrita, procederemos a encapsularla, para ello yo utilicé un trozo de PVC hidráulico de 25 mm de diámetro por 12 centímetros de largo. En la parte superior se perforan 2 agujeros a 180º, por los cuales se hacen pasar sendos pernos de acero inoxidable de 3/16", a los que en la parte interior del PVC conectaremos los puntos 1A y 3A de nuestra bobina respectivamente, estos pernos se fijan firmemente mediante una tuerca y se instala una segunda tuerca para la conexión del dipolo. El PVC se debe sellar con tapas de la misma medida utilizando un adhesivo especial para este material. En la tapa superior se puede instalar un cáncamo que sirva para colgar el balún, en la tapa inferior se debe instalar un conector SO239 el que se conectará a los puntos 1B y 3B de la bobina construida. No está demás señalar que se debe cuidar que el tubo de PVC donde va encapsulada la bobina, debe quedar herméticamente sellado para evitar la entrada de agua de lluvia. AHORA A DIFRUTARLO COLEGA CX2DAL
Antena direccional tres elementos monobanda
20,15 o 10 mts.
Una antena efectiva no tiene porqué ser costosa. Un simple dipolo de media onda, en horizontal o uve invertida puede dar resultados satisfactorios. Un balun de simetrización puede ser recomendable, pero no imprescindible. Un dipolo horizontal de media onda da 75 ohmios, por lo puede ser alimentado con cable coaxial normal de TV para pequeñas potencias, como es nuestro caso.
Si el dipolo se monta en uve invertida, presentará una impedancia de unos 50 ohmios y podrá alimentarse con cable coaxial de 50 ohmios tal como el RG58U. importante reducir las ondas estacionarias al mínimo, lo que se consigue cortando el dipolo algo más largo de media onda, y luego acortándolo paulatinamente hasta reducir al mínimo las ondas estacionarias. Pequeñas desadaptaciones de impedancia no producen un aumento de ROE.
En caso de desear emitir en más de una banda pude montarse dos dipolos (o más) en uve invertida a partir del mismo coaxial de bajada, de modo que un dipolo resuene a la frecuencia deseada y el otro permanezca pasivo. A los radioaficionados que provienen de la banda ciudadana y tengan una antena vertical de media onda real, es decir un tubo radianteede unos 5,5 metros de longitud, les bastará acortar la antena a unos 5 metros y colocar radiales en el extremo superior del mástil, de unos 5 metros de longitud; de esta forma podrán trabajar en 28 M Hz con antena vertical de media onda, y en 14 MHz, con antena vertical de 1/4 de onda. Finalmente, para quien desee montar una antena directiva monobanda de alta ganancia, damos algunos detalles constructivos.
Volviendo a nuestro asunto, he aquí los detalles de una muy eficiente antena que se la puede construir en muy poco tiempo y que da unos resultados sencillamente espectaculares.
Datos constructivos para una antena directiva monobanda. A y B en metros. L1, L2, y L3 de hilo de
cobre esmaltado 1 mm sobre tubo de plástico 50 mm de diámetro. En L2 hay un acoplamiento de 2
espiras centradas y conectadas al cable coaxial de 50fl de bajada. No se requiere «balun». |
| BANDA |
A1 |
A2 |
A3 |
B |
L1 |
L2 |
L3 |
| 20 |
3 |
3,10 |
3,20 |
1,25 |
23 |
22 |
21 |
| 15 |
3 |
3,05 |
3,10 |
0,95 |
5 |
4,5 |
4 |
| 10 |
3 |
2,03 |
2,06 |
1,25 |
5 |
4,5 |
4 |
Es muy simple, ya que consta de 3 elementos con bobina central. El elemento medio o radiante lleva un acoplamiento en la bobina, de forma que la señal se simetriza sin necesidad de balun. El dimensionado se da en la tabla de la figura. El espaciado entre elementos es la longitud B y las longitudes A1, A2, y A3, corresponden respectivamente a los elementos director, radiador y reflector.
Se ajustará para la mínima ROE alargando o acortando los brazos, para lo cual se ha previsto que éstos sean telescópicos y bastará aflojar las abrazaderas, estirar o introducir el .extremo y volver a apretar. El soporte aislante puede ser de metacrilato, pero como su mecanizado puede ser trabajoso puede utilizarse en su lugar madera normal, y una vez mecanizada, se la barnizará o recubrirá de resina epóxica, para que, además de no deteriorarse por estar a la intemperie, no se vuelva conductora debido a la humedad y el agua de lluvia.
Naturalmente, una antena directiva puede ser dirigida a mano o movida por un rotor eléctrico. Siempre que sea posible, es preferible hacerlo manualmente. Por ejemplo, en un chalet de propiedad es mejor atravesar el tejado con elmástil, o si está alejado, con un cable y polea, etc.
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Nuestra antena con un rotor de antena de TV.
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Desgraciadamente, quienes habitan en un piso bajo sobre el que hay bastantes pisos, no tienen otro recurso que instalar un rotor.
Para esta antena de dimensiones reducidas puede instalarse un rotor CD45 de la firma Cornier Dublier de USA, cuyo precio es alto, pero ofrece seguridad durante años. Puede servir un rotor como el AR22, apto para antenas de TV, cuyo precio es la mitad del anterior, pero si hay vientos fuertes puede romperse.
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