PAUTAS PARA LA CORRECTA INSTALACIÓN
DE UNA ANTENA
DIRECCIONAL DE HF
INTRODUCCIÓN
Es notable la
popularidad que han tomado en los últimos tiempos, los sistemas
irradiantes tipo Yagi y mas aún entre los los radioaficionados el uso
de antenas direccionales tribanda para las bandas de 14, 21 y 28 MHz.
Este artículo tiene
como finalidad resumir las condiciones que deben darse para obtener un
rendimiento aceptable de una de estas antenas, tocando aisladamente cada
uno de los tópicos que comprenden la instalación y montaje de estos
sistemas.
ESTRUCTURAS
SOPORTANTES
La torre de acero
autosoportada es la estructura mas apropiada para sostener un sistema
direccional rotativo. Postes o torres metálicas sostenidas por riendas,
pueden aceptarse si estas últimas se cortan de modo tal que que se
evite cualquier tipo de autoresonancia. Lo idealsería colocar riendas
no metálicas. Torres montadas sobre casas deberían evitarse, pero
actualmente esto es practicamente imposible; por lo tanto, no se deben
pasar por alto, antes de pensar en cualquier montaje, las limitaciones
estructurales de la construcción. Tanto la estructura como el boom de
la antena, deben ser conectados a tierra.
EL MASTIL
Para sistemas
irradiantes tribanda, se recomienda un caño galvanizado de 1 1/4",
Es de costo relativamente bajo y facilmente obtenible.
CERCANÍA CON OTROS
SISTEMAS IRRADIANTES
Antenas de HF
distintas, se pueden apilar en un mismo mástil, siempre que se
encuentren a una distancia mínima de 3 metros.
ROTACIÓN
Un rotor para trabajo
pesado con freno, o un freno aparte, debe instalarse dentro del extremo
mas alto de la torre. El ingenio y la habilidad del instalador,
hallarán un sistema seguro para este efecto. Se dio el caso de un
radioaficionado que colocó una masa completa de rueda de motocicleta
con la que regulaba tanto la rotación comoel freno del sistema.
Actualmente existen
rotores comerciales con freno incluido que colocados en la punta del
mástil, acoplan el movimientode rotación a la antena, pero su costo es
relativamente elevado.
ALTURA
Una altura de 10,80 m es lo
mínimo necesario para obtener un rendimiento razonable en la banda de
20 m. Altura adicional bajará el ángulo
de irradiación del haz y mejorará el rendimiento en comunicados a
larga distancia. El punto de irradiación con mas bajo ángulo se logra aproximadamente a unos 22,50 m de altura
sobre tierra (siempre para 14 MHz.). El mejor resultado que se logra
incrementando más de ese punto la altura, es muy pequeño y no guarda
relación con el mayor costo de la instalación; o sea, que el mayor
rendimiento se logra aproximadamente a una longitud de onda de altura.
Colocando una antena tribanda a una
altura de 10,80 m se tiene media longitud de onda para la banda de 20
m y da un resultado muy aceptable; tambien representa 3/4 de
longitud de onda para la banda de 15 m, lo cual da un rendimiento
excelente; y, por último, equivale a una longitud de onda para la banda
de 10 m, con rendimiento óptimo.
Se ha experimentado en 14 MHz. con
distintas alturas entre 11 y 20 m con una antena TH3 JR y la diferencia
no ha sido tan apreciable como para justificar una inversión mayor.
Cuando hubo una grandisminución, fue cuando la antena estuvo instalada
por debajo de esa altura. Es de notar que en las pruebas realizadas no
había objetos grandes cercanos, tales como postes y árboles.
OBJETOS CERCANOS
Un sistema irradiante es
particularmente sensible a la cercanía de objetos colocados en su campo
de acción. Los objetos colocados en el camino del haz principal,
tendrán un mayor efecto que los que se encuentren a los costados.
Líneas eléctricas, líneas
telefónicas o edificios dentro de un radio de 25 m, serán la causa de
un brusco aumento de la ROE en el momento que el haz (al hacer rotar la
antena) pase frente a él.
La energía de radiofrecuencia
absorbida por líneas eléctricas, se transmite por éstas y causa
interferencias en TV y además otras interferencias en rangos no
encontrados normalmente. Para reducir la interacción a un mínimo, el
haz debe evitar estas obstrucciones en por lo menos 10 m.
Debido a la energía radiada por
estos objetos, la relación frente-espalda de la antena se ve
generalmente deteriorada.
La altura física de un sistema
irradiante es completamente diferente a la altura eléctrica sobre
tierra. Generalmente una torre de unos 12 m estará rodeada por árboles
y objetos altos, techos metálicos, cañerías y edificios, los cuales
contribuirán a elevar la tierra eléctrica por sobre la superficie del
terreno. Bajo estas condiciones, un pequeño incremento en la altura
física puede causar un gran incremento en el nivel de señal, no
atribuible normalmente a tan pequeño cambio. Las antenas montadas sobre
techos se ven seriamente comprometidas por la cercanía de los elementos
anteriormente citados.
Así la antena direccional del
ejemplo, que exhibía normalmente 25 dB de relación frente-espalda,
cuando se la colocó a 4,50 m sobre un techo plano, llegó a tener de 10
a 15 dB solamente.
RIENDAS
Se debe dar especial importancia al
sistema de riendasque sostienen la torre. Un sistema mal diseñado
colocará la tierra eléctrica muy cerca de la antena y causará el
desplazamiento de la frecuencia de resonancia, degradando la relación
frente-espalda y distorsionará el ángulo de irradiación. Para hacer
buenos DX, es muy importante mantener bajo dicho ángulo y lograr
también que éste posea la mayor intensidad posible. Pruebas
han demostrado que las riendas o vientos deben ser cortados por metro y
aislados con aisladores tipo huevo, al menos los primeros 10 m.
BALUNES
Un balún es un dispositivo de
adaptación para acoplar una línea de transmisión desbalanceada a otra
balanceada. El nombre proviene de la unión de las dos palabras
inglesas, en forma descriptiva: "balanced to unbalanced".
El dipolo de media onda (o el
elemento excitador de una antena direccional tribanda) es un radiador
balanceado.
Cuando un dipolo se alimenta en su
centro con una línea balanceada, el sistema está balanceado y
la radiación que tiene lugar en la línea de transmisión es nula; las
corrientes de radiofrecuencia de cada lado de la línea crean campos
magnéticos que se autocancelan.
Cuando un dipolo de media onda se
alimenta directamente con una línea coaxil, la energía de
radiofrecuencia de la antena balanceada fluye también hacia el
transmisor por la malla del coaxil. El campo magnético causado por este
flujo de corriente no puede ser cancelado por el conductor interno,
puesto que éste se encuentra "atrapado" dentro del blindaje.
Por lo tanto, la malla del coaxil también irradia. Esto afecta al
diagrama de radiación unidireccional y causa ITV. Aún cuando la línea coaxil se adapta
perfectamente con la antena, la radiofrecuencia en la malla obliga al
coaxil a formar parte del sistema irradiante; estas combinaciones son
generalmente muy sensibles a pequeños cambios en la frecuencia de
operación. Puesto que la malla
del coaxil irradia, tambien recibe. De esto resulta una pobre relación
frente-espalda y por supuesto interferencias indebidas y absorción de
energía por cables y objetos cercanos a la línea coaxil. La
solución correcta es la instalación de un balún.
Para una antena multibanda, se necesita un transformador de impedancias
con relación 1:1, el cual no esté sintonizado. En términos mas
conocidos, un balún de banda ancha. Antes
de ser colocado, el balún debe ser probado con el método que se
describe en el párrafo correspondiente a los cables coaxiles. Otra
solución que aportan los fabricantes, es la construcción de un choke
de RF realizado en la misma línea coaxil. Unas 10 ó 12 vueltas con un
diametro de 10 cm serán suficientes para mejorar las condiciones de
transmisión a la vez que introducirán una componente inductiva cerca
del punto de alimentación del dipolo irradiante, el cual tiene
normalmente una gran componente capacitiva debido al tipo de
construcción. MEDICIONES DE
ROE La relación de ondas
estacionarias es una medida de la desadaptación entre la carga (antena)
y la impedancia característica de la línea de alimentación. Una
línea de transmisión terminada en una carga resistiva igual a su
impedancia característica, presentará una ROE de 1:1. Si
una línea de 52 ohms termina en una carga no reactiva de 25 ohms, la
ROE será de 2:1. Sin embargo, si se mide la componente resistiva a lo
largo de la línea, ésta variará dependiendo de la distancia a la
carga. A una distancia de 1/4 de longitud de onda, alcanzará un pico de
100 ohms, cayendo a un valor de 25 ohms a una distancia igual a 1/2
longitud de onda, repitiéndose este ciclo cada 1/2 onda. Reactancias
inductivas y capacitivas introducidas por la línea coaxil, variaráncon
la distancia a la carga, pero serán nulas en los puntos
correspondientes a 1/4 de longitud de onda. Insertando
el medidor de ROE a una distancia de 1/2 longitud de onda (ó a
múltiplos de ésta) desde la carga, el instrumento nos dará una
lectura exacta de la impedancia de la antena, sin la molesta ingerencia
de reactancias inductivas y capacitivas introducidas por el cable
coaxil. Bajo estas condiciones, el único error introducido es la
pérdida de la línea. En el
caso particular de antenas tribanda para 20, 15 y 10 m, una longitud de
coaxil de unos 30 m representará un múltiplo de media longitud de onda
en cada una de las bandas y la colocación permanente de este
instrumento en la línea nos dará una noción exacta de lo que sucede
en la antena, además de prevenir cualquier falla tanto en la línea
como en el irradiante. Puesto
que la aislación entre la energía de RF directa y la reflejada, en un
medidor de ROE común, no supera los 20 dB, mediciones exactas de la
impedancia de la antena requieren el uso de un puente de RF en el cual
se puedan medir las componentes resistivas, capacitivas e inductivas que
contiene la antena en su punto de alimentación. LINEAS
DE TRANSMISIÓN COAXILES El
cable tipo coaxil flexible, es la línea de transmisión mas popular
entre los técnicos que diseñan sistemas irradiantes y mas aun entre
los radioaficionados. Tal es así, que la mayoría de los equipos
comerciales actuales de transmisión, salen de fábrica para ser
cargados con cable coaxil de 52 ohms. Debido
a la resistencia propia de los conductores, a las imperfecciones del
material dieléctrico y a la capacidad del cable, las líneas coaxiles
exhiben pérdidas que varían con la frecuencia: por debajo de 30 MHz.
la resistencia constituye el 80 % de las pérdidas de potencia en este
tipo de línea. Cables como el RG8AU, RG11AU, RG58AU, RG59AU y
RG213 poseen un período de vida utilizable que oscila en un máximo de
20 años. Antes de ser
instalado, un cable coaxil usado debe ser contrastado. Para ello se debe
utilizar una antena fantasma, que puede construirse fácilmente
conectando en paralelo 20 resistencias de 1 kohm de carbón, de 3 W cada
una, las cuales dan aproximadamente 50 ohms. Colocando esta carga
fantasma en el extremo de la línea, el cable coaxil no debe exhibir una
ROE mayor de 1,1:1. Caso contrario se debe desechar. Una
vez probado el coaxil, si se dispone de un balún debe contrastarse de
la misma forma, intercalándolo entre la línea de transmisión y la
carga fantasma. Por último, se
detalla una tabla con longitudes de onda de líneas coaxiles que no
producen interferencias con otros servicios, especialmente ITV:
Longitudes en metros
|
11,40
|
33,12
|
19,50
|
44,80
|
23,10
|
48,33
|
26,44
|
50,16
|
29,18
|
|
TABLA APROXIMADA DE
ATENUACION POR LARGO DE CABLE
CABLE RG-8U
f. 3,5 MHz 0.25 dB cada 30
metros largo de cable
f. 7.0 MHz 0.45 dB cada 30
metros largo de cable
f. 14 MHz 0.65 dB cada 30
metros largo de cable
f. 21 MHz 0.80 dB cada 30
metros largo de cable
f. 28 MHz 0.97 dB cada 30
metros largo de cable
TABLA APROXIMADA DE
ATENUACION POR ROE
R.O.E 1 : 1,2 implica 0.05
dB aproximados
R.O.E. 1 : 1,5 implica
0.10 dB aproximados
R.O.E. 1 : 1,8 implica
0.15 dB aproximados
R.O.E 1 : 2,0 implica 0.23
dB aproximados
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