ANTENAS
DE HILO LARGO
Para
empezar a plantear el tema, hay que examinar primero el comportamiento
de un hilo largo, pues es la base de muchas otras variantes.
Hay
que aclarar que hay dos tipos fundamentales de antenas con hilos
largos: a) aperiódicas y b) resonantes.
a)
Aperiódicas son antenas que terminan en una resistencia de carga y que,
por consiguiente, se comportan como una línea de transmisión sin
ondas estacionarias y no son resonantes.
O
sea que son antenas aperiódicas y en las que la onda viaja en una
sola dirección. Puesto que no se refleja la onda eléctrica en su
extremo (no hay rebote), son marcadamente unidireccionales, tanto en
recepción como en transmisión.
Su
longitud no será crítica y podrá tener cualquier medida, con tal de
que sea superior a un par de longitudes de onda. Además, por esta
causa, pueden funcionar en una amplia gama de frecuencias sin limitación
por arriba (frecuencias más altas), mientras que, por abajo
(frecuencias más bajas), quedarán limitadas por longitudes de onda
tan grandes que ya no se produzca el efecto hilo largo.
A
este tipo de antena se la denomina antena Beverage y se emplea
preferentemente en recepción, puesto que en esta modalidad, las pérdidas
en las tomas de tierra no son importantes y afectan poco a la recepción.
b)
Resonantes son antenas que no terminan en una resistencia y en las que
se produce un rebote de la onda eléctrica en el extremo. Son antenas
resonantes y marcadamente bidireccionales, puesto que responden a
ondas que llegan tanto por un extremo, como por el otro.
Su longitud tendrá que ser cortada
a un múltiplo de 1/4 para que se produzca un nodo de corriente en el
punto de alimentación y presente una impedancia de resonancia
adecuada para acoplarla a un transmisor, aunque, con un buen
acopiador, cualquier longitud es acoplable y si no lo es, se modifica
en unos cuantos metros y listo.
Según
la aplicación que queramos para la antena, escogeremos un tipo u
otro, pero las preferencias van indudablemente a las terminadas en
resistencia, puesto que sus longitudes no son críticas y pueden
funcionar en una amplia gama de frecuencias, sin necesidad de utilizar
acopladores, y su unidireccionalidad les da una relación frente /
espalda increíblemente elevada. La cualidad fundamental del hilo
largo es la ganancia que se consigue aumentando su longitud. A mayor
longitud, mayor es el efecto de directividad y con él, la ganancia,
que se deriva por completo de la directividad ( figura 10 ). Para
explicar este fenómeno, vamos a suponer que tenemos un hilo largo de
tres longitudes de onda completas.
La onda eléctrica lanzada por el
transmisor va perdiendo energía, en forma de onda electromagnética,
a medida que va pasando por A, B y C.
Pero
esta energía se pierde de la misma forma en A, en B y en C; es decir,
con la misma polaridad o fase, de forma que si consideramos una
dirección M que se aparta ligeramente del cable, podemos comprobar
como la onda generada en A avanza por el cable en dirección N y por
el espacio en dirección M.
La
distancia entre A y B, y entre B y C, es de una longitud de onda. Eso
quiere decir que, cuando lo radiado por A en dirección M llegue a B,
se sumará en fase la onda A con la que en aquel momento se genera en
B, y cuando pase por C, también se le sumará en fase la onda
generada por C.
Por
consiguiente, irá aumentando su amplitud, siempre que la dirección M
se aparte de la dirección N del cable, puesto que el propio cable no
puede radiar hacia la punta, pues no hay campo eléctrico ni magnético
generado en la dirección exacta del extremo. La ganancia se produce
en direcciones próximas a la del cable y podernos estimar muy
groseramente en 3 dB cada vez que se dobla la longitud del cable .
La
resistencia final R está puesta para impedir el rebote en el extremo
de la onda eléctrica, es decir, para absorber la potencia que aún no
haya sido radiada y para que no nos devuelva potencia reflejada hacia
atrás (onda estacionaria en la antena).
¿Qué
potencia tendrá que absorber la resistencia? Pues generalmente, si el
cable tiene más de dos longitudes de onda, se considera que hasta R,
sólo llega como máximo 1/4 de la potencia radiada, o sea que R sólo
es necesario que disipe un cuarto de la potencia del transmisor. Si el
hilo tiene varias longitudes de onda (4 ó 5), seguramente bastará
con una resistencia de carga que disipe una décima parte de la
potencia emitida, pues el resto se habrá desprendido del cable en
forma de onda electromagnética.
Una
complicación de la antena de un solo hilo es el tener que conseguir
una toma de tierra eficiente en el transmisor, y en el extremo de la línea,
si la queremos aperiódica o no resonante.
Por
eso, generalmente en antenas de un solo hilo, se prefiere la
configuración resonante, cuya resonancia se modifica a cualquier
frecuencia por medio de un acopiador de antena, mientras que la toma
de tierra del transmisor se simula con un radial de 1/4, o varios
radiales si se prefiere.
Pero
también el radial se puede situar elevado de la misma forma que la
antena, aumentando el efecto direccional del hilo largo con la mayor
longitud en la misma dirección.
El
problema del radial se puede soslayar con un doble hilo largo, que
además puede mejorar su ganancia en casi 3 dB, con un gasto de
espacio (y de cable) muy moderado: la antena V.
La
V consigue la suma, con el ángulo apropiado, de los lóbulos de dos
antenas de hilo largo, de forma que los lóbulos laterales se sumen
adecuada mente. El ángulo de abertura dependerá de la longitud de
las dos ramas, así como su ganancia ( figura 6 ). Como ya tenemos dos
ramas, nos hemos evitado el problema del radial de 1/4 en el
transmisor y de la posible toma de tierra.
Desgraciadamente,
la antena V no se presta tan fácilmente a terminar en una
resistencia, pues necesitaríamos una para cada rama, lo cual
encarecería nuestro diseño.
Pero,
para los que no tengan problemas económicos, se propone un sistema un
poco caro, pero fácil de conseguir.
La
impedancia de un hilo largo, como línea de transmisión, está sobre
los 400 a 600 ohmios, por lo que podríamos conseguir una resistencia
de carga apropiada para que no haya reflexiones, con una resistencia
se carga artificial comercial para 50 ohmios, con un balun
multiplicador de 1:6 o 1:9, de los que se utilizan en las antenas
Windom.
El
sistema sería un poco caro si utilizamos una carga para terminar cada
rama, aparte de los inconvenientes de tener una toma de tierra en cada
extremo.
Pero
también hay una solución práctica, utilizando una resistencia
combinada con una línea de 1/4 que simule la toma de tierra.
Entonces
se pensó si habría alguna forma de volver a juntar las dos ramas,
para no tener que usar más que una resistencia de carga final. De ahí
se inventó un sistema mejor: la antena rómbica.
Con
esta antena conseguimos volver a juntar los extremos de las dos ramas,
de forma que podamos poner una única resistencia de carga en su
extremo final, al mismo tiempo que casi doblamos la ganancia (+3 dB)
de la V primitiva, aunque ahora necesitaremos un espacio que sea
doblemente largo.
Lo
que simplificamos, en cuanto a resistencia de carga, lo perdemos en
cuanto al doble espacio y cable que ahora necesitamos.
La
segunda V, que transforma la primera V en una rómbica, sigue radiando
en la misma dirección que la primera, puesto que la onda viaja en la
misma dirección y los dos lóbulos de las V (uves) se suman en la
dirección de radiación aunque las V tengan una forma opuesta.
Refirámonos
ahora a la relación entre la longitud de un hilo largo y la ganancia.
Si
en vez de un hilo largo, tenemos dos formando una V, siempre que el ángulo
de abertura sea el adecuado para su longitud, podemos estimar que la
ganancia aumenta en más de 2 dB y en menos de 3 dB. Eso sería la V.
Si, en vez de una V, tenemos dos uves (V) opuestas formando una rómbica,
también podemos estimar que la ganancia aumenta otra vez entre 2 y 3
dB. Teniendo en cuenta estos factores, podemos ver que, con un espacio
de 100 m, podemos conseguir una ganancia en 14 MHz de más de 10 dB,
que iguala la ganancia de la mejor de las Yagis monobandas. Sin
embargo, los hilos largos tienen un problema que no he mencionado: la
altura del hilo sobre el suelo.
Como
todas las antenas horizontales, su ángulo de radiación vertical
depende absolutamente de su altura relativa sobre el suelo medida en
longitudes de onda. Se puede imaginar lo difícil que puede ser
mantener un cable de 100 metros de longitud suspendido a 1/2 longitud
de onda en 20 metros, o sea a 10 metros de altura. Pero para eso
hay una solución que no es del todo correcta, pero que funciona en la
práctica: podríamos llamarla el «Hilo Largo Sloper», recordando
que se llama sloper a la antena que tiene una posición inclinada
intermedia entre la horizontal y la vertical. Esto nos daría pie a
dos soluciones.
Al
inclinar el cable hacia abajo, conseguimos que uno de los lóbulos que
rodean la extremidad del cable se acerque a la horizontal y bajamos el
ángulo de radiación de una forma un poco mecánica y simplista, pero
que da mucho resultado. Al mismo tiempo, dejando caer el cable, con la
forma llamada de catenaria, nos ahorraríamos todos los soportes
intermedios que habríamos tenido que poner para soportarlo por el
camino. Solamente que ahora tenemos que poner un solo mástil más
alto del que desciendan una o dos ramas.
Finalmente,
también sería realizable una antena rómbica sloper de la forma que
se contempla en la figura 13, necesitando solamente dos mástiles
elevados en los dos extremos, y unos pequeños mástiles intermedios
para elevar el centro de la antena; es decir, los puntos en que se
unen las dos ramas de las V (uves).
Falta
comentar cuál es el ángulo óptimo de abertura para la antena V, ángulo
que será idéntico para la rómbica, en sus dos V (uves) que la
forman.
Como
se ha dicho antes, la forma de los lóbulos y su ganancia, depende
siempre de la longitud del hilo largo que compone cada rama.
Así
pues, para cada longitud, hay un ángulo de abertura óptimo, ángulo
que permite obtener la máxima ganancia dada la longitud del cable,
como se muestra en la figura.
En
cuanto a la resistencia de radiación que encontramos en el punto de
alimentación, es más elevada que la de un dipolo y se encuentra
generalmente entre 130 y 150 ohmios (si la antena es resonante) y
entre 150 y 200 si la antena termina en una resistencia de carga.
Esto exigiría algún tipo de transformador de impedancias. Un balun
de 1:4 si pretendiéramos alimentarla sin acoplador con cable de 50
ohmios, que multiplicado por 4 sería el que nos daría el valor más
cercano a 150-200 ohmios, con lo que la ROE sería mínima en el cable
de alimentación.
Artículo
publicado en CQ Radio Amateur, núm. 30, Mayo 1986 y recopilado por
Luis A. del Molino, EA30G
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