INTRODUCCIÓN
Es notable la popularidad que han tomado en los últimos tiempos, los sistemas irradiantes tipo Yagui y mas aún entre 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 se evite cualquier tipo de autoresonancia. Lo ideal sería 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 MÁSTIL
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 más alto de la torre. El ingenio y la habilidad del instalador, hallarán un sistema seguro para este efecto. Se dió el caso de un radioaficionado que colocó una masa completa de rueda de motocicleta con la que regulaba tanto la rotación como el freno del sistema.
Actualmente existen rotores comerciales con freno incluído que colocados en la punta del mástil, acoplan el movimiento de 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 más 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; también 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 TH33JR y la diferencia no ha sido tan apreciable como para justificar una inversión mayor. Cuando hubo una gran disminución, 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 R.O.E. 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 riendas que 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 coaxial, la energía de radiofrecuencia de la antena balanceada fluye también hacia el transmisor por la malla del coaxial. 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 coaxial también irradia. Esto afecta al diagrama de radiación unidireccional y causa ITV. Aún cuando la línea coaxial se adapta perfectamente con la antena, la radiofrecuencia en la malla obliga al coaxial 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 coaxial 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 coaxial. 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 coaxiales. Otra solución que aportan los fabricantes, es la construcción de un choke de RF realizado en la misma línea coaxial. 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 R.O.E.
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 R.O.E. de 1:1.
Si una línea de 52 ohms termina en una carga no reactiva de 25 ohms, la R.O.E. 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 coaxial, variarán con la distancia a la carga, pero serán nulas en los puntos correspondientes a 1/4 de longitud de onda.
Insertando el medidor de R.O.E. 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 coaxial. 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 coaxial 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 R.O.E. 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.
LÍNEAS DE TRANSMISIÓN COAXIALES
El cable tipo coaxial flexible, es la línea de transmisión más 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 coaxial 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 coaxiales 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 coaxial 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 coaxial no debe exhibir una R.O.E. mayor de 1,1:1. Caso contrario se debe desechar.
Una vez probado el coaxial, 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 coaxiales que no producen interferencias con otros servicios, especialmente ITV:
Longitudes en metros: 11,40 - 19,50 - 23,10 - 26,44 - 29,18 - 33,12 - 44,80 - 48,33 - 50,16
TABLA APROXIMADA DE ATENUACIÓN 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 R.O.E
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
