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Antena G5RV

Antenas

Antena Multibanda G5RV por Louis Varney

(Tomado de Radio Communications, Julio de 1984)


La antena G5RV es una antena multibanda alimentada en el centro, capaz de una muy eficiente operación sobre varias bandas de HF, desde 3,5 a 28 Mhz., especialmente diseñada con dimensiones que permiten ser instalada en espacios relativamente pequeños, alrededor de 31,1 metros en el caso de una antena horizontal. Sin embargo, como la radiación más útil de una antena horizontal o en v-invertida tiene lugar desde dos tercios del centro del largo total, hasta un sexto de este largo total, cada extremo de la antena puede caer verticalmente, semi-verticalmente, o doblar a cierto ángulo conveniente del cuerpo principal de la antena, sin pérdidas significativas en la eficiencia de radiación.

Para la instalación en un espacio muy limitado, las dimensiones de los brazos de ambos lados de la antena y la sección sintonizadora deben ser dividida por un factor de dos, para hacer la G5RV reducida, la cual es una muy eficiente antena desde los 7 Mhz a 28 Mhz. (*) El tamaño completo funcionará sobre la banda de los 1,8 Mhz si la estación cuenta con un sintonizador de antena, conectado a una buena conexión a tierra. De la misma forma, la versión corta o de medio tamaño, puede cubrir las bandas de 3,5 y 1,8 Mhz., si se usa un sintonizador.

En contradicción a las antenas multibandas en general, la antena de tamaño completo, no fue diseñada como un dipolo de media onda para la frecuencia más baja de operación, sino que como una antena long-wire de una y media onda alimentada al centro para 14 Mhz, donde la sección sintonizadora de 10,36 mts. de línea abierta, funciona como un transformador de impedancia de 1:1 permitiendo mediante una cinta de 75 ohms o un cable coaxial de 50 a 80 ohms acercarse a la impedancia de sintonía sobre esa banda, con la consecuentemente baja relación de ondas estacionarias.
De cualquier forma, sobre cualquier otra banda de HF la función de esta sección es para actuar como una sección de "maquillaje" para acomodar esa parte de la onda presente (componentes de corriente y voltaje), la cual sobre ciertas frecuencias de operación no puede ser completamente acomodada sobre la porción de radiación de la antena horizontal (o V-invertida).
La frecuencia central de diseño para la versión de tamaño completo es los 14.150 Khz., y las dimensiones de 31,1 mts esta derivada de la fórmula para las antenas long-wire, la cual es:

Largo en metros = 50 (n-0,05)
frecuencia en Mhz
donde n= el número de medias ondas de largo del alambre.

En la práctica, como el sistema completo debe ser llevado a resonancia mediante el uso de un sintonizador de antena, la antena se acorta a 31,1 mts.
Como la antena no usa trampas o núcleos de ferrita, la porción de "dipolo" llega a ser progresivamente más larga, en longitud eléctrica, cuando se aumenta en frecuencia.

Este efecto otorga ciertas ventajas sobre un dipolo cargado con trampa o ferritas porque, con el aumento del largo eléctrico, los lóbulos principales del componente vertical del diagrama de polarización, tienden a ser bajados cuando la frecuencia de operación es incrementada. Así, desde los 14 Mhz hacia arriba, la mayor parte de la energía irradiada es en el plano vertical, que es el mejor ángulo para trabajar en DX. De la misma forma, el diagrama de polarización cambia con el aumento de frecuencia de un típico patrón de un dipolo de media onda para 3,5 Mhz y a un patrón dos y media onda en fase para 7 y 10 Mhz, a una antena long-wire para 14, 18, 21, 24 y 28 Mhz. Vea fig. 1

La impedancia de 75 ohms de una cinta plana o un coaxial de 80 ohms, unido en la base de la sección sintonizadora, es muy buena en los 14 Mhz, incluso el uso de cable de 50 ohm entrega una relación de ondas estacionarias cercana a 1,8:1 en esta banda. El uso de un sintonizador de antena es necesario en todas las otras bandas de HF, porque, en esas bandas, la antena más la sección sintonizadora presentará carga reactiva al alimentador.

Es esencial en orden a asegurar la máxima transferencia de potencia a la antena desde un típico transmisor que tiene una salida desbalanceada para coaxial de 50 ohm. También para satisfacer las condiciones de carga requerida por los modernos equipos actuales que emplean un sistema de ALC el cual "siente" las condiciones de Relación de Ondas Estacionarias presentes a la salida del transmisor de estado sólido, para protegerlo de daños, los cuales pueden ser causados por una carga reactiva, si se tiene una ROE de más que 2:1 Vea fig. 2

El razonamiento explicado anteriormente no se aplica cuando se usa la antena G5RV de tamaño completo en 1,8 Mhz. o al uso de la versión de tamaño reducido en 3,5 y 1,8 Mhz. En estos casos los conductores, al extremo de la estación, deberían ser unidos y el sistema sintonizado por la conexión en serie con un circuito de inductancia y capacitancia, conectado con una buena tierra o alambre de contrapeso.
Como alternativa, puede ser usado un sintonizador de antena con circuito "T" o "L", del tipo desequilibrado a desequilibrado.
Bajo estas condiciones la parte horizontal o en v-invertida de la antena, más la sección sintonizadora y el alimentador funciona como una antena "Marconi". o "T", irradiando eficazmente en la parte vertical o cercana a la vertical, actuando la parte horizontal como elemento de carga capacitiva. Sin embargo, con el sistema alimentado según lo descrito más arriba, la radiación más eficaz en estas dos bandas se obtiene incluso cuando la parte horizontal está tan baja como los 7,6 mts. sobre la tierra.



Teoría de operación
La teoría general de operación ha sido explicada más arriba; la teoría detallada de operación en cada banda desde 3,5 a 28 Mhz siguientes, ayudadas por figuras que muestran las corrientes presentes y condiciones de onda sobre la horizontal y sección sintonizadora. Los diagramas polares teóricos relevantes del plano horizontal para cada banda, se pueden encontrar en cualquier manual especializado de antenas. Sin embargo debe ser considerado que: a) El diagrama de polarización generalmente se muestra en dos dimensiones, de hecho, en el ejemplo son figuras sólidas en tres dimensiones alrededor del plano de la antena; y b) Todos los diagramas polares teóricos son modificados por los efectos de reflexión y absorción de objetos conductores cercanos como cercos de alambre, objetos metálicos de casas, tendido eléctrico, cables telefónicos, sistema de cableado eléctrico y de plomería de las casas, mástiles metálicos, árboles grandes, etc..

También la conductividad de la tierra local afectará materialmente el actual modelo de polarización de radiación producido por la antena. Teóricamente los diagramas de polarización están basados en la presunción que una antena esta soportada en un "espacio libre" con una perfecta conductividad de la tierra. Tales condiciones son obviamente imposibles de obtener en las instalaciones de un radioaficionado. Esto significa en la práctica que el lector no debiera ser sorprendido si cualquier antena en particular, en la ubicación del radioaficionado se produce contactos en direcciones en las cuales el diagrama teórico de polarización indica como nulo y por lo tanto no tiene una efectiva radiación en las direcciones de mayores lóbulos que indica la teoría. Vea fig. 3

3,5 Mhz. En esta banda, cada mitad de los 5,18 mts. de cada lado de la sección sintonizadora más cercana de la parte horizontal, forma hacia arriba un dipolo de media onda acortado o levemente plegable. El remanente de la sección sintonizadora actúa como reactancia indeseada pero inevitable entre el centro eléctrico del dipolo y del alimentador al sintonizador de antena.
El diagrama de polarización es eficazmente el de una antena de media onda. Vea fig. 1

7 Mhz. La parte horizontal más 4,87 mts. de la sección sintonizadora que ahora funciona como "dos medias ondas en fase" parcialmente plegable hacia arriba, produciendo un diagrama de polarización con una forma de lóbulo algo así como el de un dipolo de media onda debido a sus características colineales. De nuevo, la sintonía de una cinta de 75 ohms o un alimentador de cable coaxial de 50/80 ohms en la base de la sección sintonizadora, es algo degradada por la reactancia no deseada de la mitad inferior de la sección sintonizadora pero, a pesar de esto, mediante el uso de un adecuado sintonizador de antena, el sistema tendrá una buena carga y una radiación muy eficiente en esta banda. Vea fig. 2


10 Mhz. En esta banda la antena funciona como un arreglo colineal de dos medias ondas en fase, produciendo virtualmente el mismo diagrama de polarización que para los 7 Mhz. Una carga reactiva se presenta en la línea alimentadora en la base de sección sintonizadora pero, como en los 7 Mhz. el desempeño es muy eficiente. Vea fig. 3


14 Mhz. En esta frecuencia las condiciones son ideales. La parte horizontal forma una tres medias ondas de largo de una antena alimentada al centro, lo cual produce un diagrama de polarización de múltiples lóbulos, la mayoría irradiando energía en el plano vertical a un ángulo de alrededor de 14 grados, lo cual es muy efectivo para el trabajo en DX. El tamaño de la resistencia de radiación en el centro de una antena long-wire de tres medias ondas, soportadas a una altura de media onda sobre la tierra de una conductividad promedio, es de alrededor de 90 ohms, y la sección sintonizadora de 10,36 mts. ahora funciona como un transformador de impedancia de 1:1. Un alimentador de entre 75 y 80 ohms de impedancia característica "verá" una carga no reactiva (resistiva) cercana a este valor en la base de esta sección sintonizadora, tanto así que la R.O.E. en la línea de alimentación será muy cercana a 1:1. Siempre el uso de una línea coaxial de 50 ohms como alimentador resultará una R.O.E. solamente de alrededor de 1,8:1 Aquí se asumió que 10,36 mts. es una altura promedio razonable para la instalación de un radioaficionado. Vea fig. 4

18 Mhz. La antena funciona como dos ondas completas alimentadas en fase; combinando la ganancia del ancho de banda de una colineal de dos elementos con más bajo ángulo de radiación que un dipolo de media onda debido a las características de long-wire. Vea fig. 5

21 Mhz. En esta banda la antena trabaja como una long-wire de cinco medias ondas, produciendo un diagrama de polarización de lóbulos múltiples con un muy efectivo bajo ángulo de radiación.
Una alta carga resistiva está presente en el alimentador en la base de la sección de sintonía, el sistema carga muy bien cuando se usó en conjunto con un adecuado sintonizador de antena y radía muy eficientemente en contactos DX. Vea fig. 6

24 Mhz. La antena de nuevo funciona efectivamente como una long-wire de cinco medias ondas, debido a la rotación en las posiciones de los antinodos de corriente sobre la parte superior y la sección sintonizadora, como puede ser visto en la figura 7.
La sección sintonizadora presenta ahora una mucho más baja carga resistiva, al alimendor conectado la parte más baja como los 21 Mhz.
De nuevo, el diagrama de polarización es de lóbulos múltiples, con bajo ángulo de radiación.

28 Mhz. En esta banda, la antena funciona como dos antenas long-wire, cada una de tres medias ondas, alimentadas en fase. El diagrama de polarización es similar al de una long-wire de tres medias ondas, pero con más ganancia que una antena dipolo de media onda como un efecto de colineal obtenido por la alimentación de dos antenas de tres medias ondas, en línea y muy próximas, en fase. Vea fig. 8

Construcción
La antena
Las dimensiones de la antena y de la sección sintonizadora son mostradas en la Fig. 9. La parte superior debiera, si fuera posible, ser horizontal y correr estirada en una línea, y debiera ser levantada tan alta como fuera posible de la tierra. En la teoría de operación descrita, ha sido asumido que es posible generalmente levantar la antena en promedio a una altura de 10,36 mts., con lo cual se obtiene la máxima eficiencia de radiación en los 1,8, 3,5 y 7 Mhz para cualquier tipo de antena horizontal. En la práctica pocos aficionados pueden instalar mástiles a la altura óptima de media largo de onda en los 3,5 o 7 Mhz, y ciertamente imposible en los 1,8 Mhz.

Si el espacio disponible es limitado o por la forma del jardín, no es posible acomodar los 31,1 mts. totales estirada en una línea, cada punta de alambre de la antena pueden ser colgadas verticalmente hasta en 3 mts., o en algún ángulo conveniente, o ser puesto en un plano horizontal, con prácticamente poco efecto sobre el funcionamiento. Esto es porque, para cualquier antena dipolo resonante, la máxima radiación efectiva tiene lugar desde el centro a dos terceras del largo donde se ubica la corriente antinodos. Cerca de cada punta de la antena, la amplitud de corriente presente cae rápidamente a cero en las extremidades exteriores; consecuentemente, la radiación efectiva de esta parte de la antena es mínima.
La antena puede también ser usada en la forma de una v-invertida. Sin embargo, se debe tener en mente que para que una configuración irradie la máxima eficiencia, el ángulo dado en el vértice de la V no debe ser menor que 120 grados. El uso de alambre de cobre esmaltado 14 AWG es recomendado para la antena en posición horizontal o en v-invertida, también los calibres más delgados como 16 o 18 AWG pueden ser usados.

La Sección Sintonizadora o Adaptadora de Impedancias
Esta debiera ser preferentemente una línea abierta construida con alambre para mínimas pérdidas.
Esta sección siempre lleva la presencia de ondas de corriente (y voltaje) su impedancia real no resulta importante. Una típica y muy satisfactoria forma de construir es mostrada en la figura 10.
Los separadores del alimentador deben ser hechos de cualquier trozo o tubo plástico de buena calidad.

Si se desea usar un tipo de alimentador de 300 ohms para esta sección, es altamente recomendable que sea usado el tipo con "ventanas" porque tiene mucho menos pérdidas que uno con aislantes sólidos a través del largo, y está relativamente libre de "dessintonía" producida por la lluvia o la nieve. Si es usado este tipo de alimentador para la sección de sintonía, debe ser hecho calculando el factor de velocidad al largo físico requerido para resonar como una sección eléctrica de media onda para 14,15 Mhz.
El valor del factor de velocidad estándar para una cinta de 300 ohm es de 0,82, el largo físico debiera ser 8,5 mts.
Sin embargo, si se usa una cinta de 300 ohms con "ventanas", el factor de velocidad será casi el de una línea abierta de alambre, o sea 0,90, así el largo físico debiera ser de 9,30 mts.
Esta sección debiera colgarse verticalmente desde el centro de la antena por al menos 6,1 mts. o más si es posible. Puede entonces ser unido un extremo a un poste con un tramo de cuerda de nylon o terylene, tan alto como sea posible y el otro extremo soportada a un segundo poste y la parte inferior conectada al alimentador.

El alimentador
La antena puede ser alimentada por cualquier tipo de alimentador, siempre que sea usado con un adecuado tipo de sintonizador de antena. En el artículo original, donde se describe la antena G5RV, publicado en el, entonces, Boletín RSGB de noviembre de 1966, fue sugerido que si es usado un cable coaxial, debe ser empleado un balun para proveer la transformación necesaria de desbalanceado a balanceado en la base de la sección sintonizadora. Esto se debió porque la antena y la sección sintonizadora constituyen un sistema balanceado, y el cable coaxial es un alimentador del tipo no balanceado.
Sin embargo, experimentos posteriores y con un mejor conocimiento de la teoría de operación del balún, se indicó su inutilización por la alta carga reactiva que se "ve" en la base de la sección sintonizadora sobre la mayoría de las bandas de HF.
Ahora se sabe que, si un balun es conectado a una carga reactiva donde existe la presencia de estacionarias mayores que 2:1, las pérdidas internas aumentan, resultando el calentamiento de los elementos y saturación de los núcleos de ferritas, si son usadas.
En casos extremos, con una potencia de operación relativamente alta, el calor generado por la disipación de la potencia en el dispositivo, puede causar que se queme.
Sin embargo, la razón principal de no emplear un balun en el caso de la antena G5RV es que, no se emplee un sintonizador de antena cuando se emplee un circuito sintonizado, el balun no puede compensar la carga reactiva presentada en la antena, en la mayoría de las bandas de HF.
De todas formas, el uso de un adecuado tipo de sintonizador de antena puede hacer la antena más eficiente y efectiva.


Experimentos recientes del autor, para determinar la importancia o de otra forma, del efecto de "desbalance" causado por la conexión directa de un coaxial a la base de la sección sintonizadora tiene sorprendentes resultados. Ello debido a que, de hecho, en HF, las corrientes medidas en la unión del conductor interno del coaxial con un lado de la (balanceada) sección sintonizadora y a la unión del conductor externo del coaxial con el otro lado de esta sección adaptadora son virtualmente idénticas sobre todas bandas hasta los 28 Mhz, donde han sido observadas diferencias de corrientes sin consecuencias. De ahí que cuando se usa un cable coaxial, no se necesita proveer en la unión un dispositivo desbalanceado a balanceado.

De cualquier forma, el uso de un sintonizador de antena no balanceado a balanceado entre la salida para coaxial de un moderno transmisor y el alimentador de coaxial es esencial, porque la condición reactiva presentada en el terminal de la estación y del alimentador, en todas excepto en la banda de 14 Mhz, tendrá una medianamente alta a alta estacionarias. Esta estacionarias significarán una insignificante pérdida con un coaxial de buena calidad y de un razonable largo (alrededor de 21,3 mts). También será inevitable tener la presencia de ondas en ella, la actual impedancia del cable coaxial no es importante, pudiendo usarse de 50 u 80 ohms.

Otro tipo de alimentador que puede ser usado muy convenientemente es la cinta de 75 ohms.
Sin embargo, debido a las relativas altas pérdidas de este tipo de alimentador en frecuencias sobre los 7 Mhz, especialmente cuando se tiene altas estacionarias, es recomendable no usar un alimentador de más de 15,2 a 18,3 mts. de este tipo de alimentador entre la base de la sección sintonizadora y en sintonizador de antena. Desafortunadamente la cinta de 75 ohms en el Reino Unido es para el uso en recepción, uno con menos pérdidas está disponible en USA.

Para más eficiencia es mejor usar una línea abierta. Un adecuado largo de alimentador puede ser construido de exactamente igual forma como se describe para la sección sintonizadora con línea abierta.

Si se emplea esta forma de alimentador, casi cualquier largo se puede usar convenientemente desde el centro de la antena directo al terminal (balanceado) del sintonizador de antena. En este caso, por supuesto, la sección sintonizadora llega a ser parte integrante del alimentador.

Un largo particularmente conveniente de línea abierta es: 25,6 Mts., porque este largo permite sintonía paralela del circuito del sintonizador de antena sobre todas las bandas desde 3,5 a 28 Mhz con la conveniente ubicación de taps para cada banda en la bobinas del sintonizador de antena.

Otra alternativa es el uso en el sintonizador de antena del acoplamiento mediante un capacitor variable para lograr la máxima carga para cada banda.
Sin embargo, el largo del alimentador requerido no es rígido y puede ser usado casi cualquier largo mecánicamente conveniente.

Choque de cable coaxial
Bajo ciertas condiciones, debido al inherente efecto "desbalanceado a balanceado" causado por la conexión directa del coaxial a la base (balanceada) de la sección sintonizadora, la energía irradiada por la antena, una corriente puede fluir hacia afuera del conductor externo del coaxial. Este efecto debe ser considerablemente reducido, o eliminado, arrollando un trozo de cable coaxial en una bobina de 8 a 10 vueltas, de 6 pulgadas de diámetro interno, inmediatamente bajo el punto de conexión del cable coaxial a la base de la sección sintonizadora. Las vueltas deben ser enhuinchadas juntas o aseguradas con cuerdas de nylon.
Es importante, por supuesto, que la unión del cable coaxial a la sección sintonizadora deberá ser sellado con cualquier método aceptable. Por Ej: Cintas aisladoras de plástico, cintas que se adaptan por si mismas a la superficie, o 2 a 3 capas protectoras de barniz de poliuretano, resina epóxica, etc.


(*) Podrá encontrar una versión corta de esta antena en el archivo G5RVcorta que usted encontrará en la página del Radio Club Traiguén: www.qsl.net/ce6tra

Esta es una traducción realizada por Juan Cárdenas Muñoz, CE6OFN, Tomado de Radio Communications, Julio de 1984, para el archivo técnico de CE6TRA Radio Club Traiguén, septiembre de 2.000. Con agrado recibiremos sus aportes y comentarios en la siguiente dirección: [email protected]

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