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Tag Archives: Hilos largos

TÓPICOS DE LA RADIOAFICIÓN 5: Un trozo de cable como hilo largo necesita un balun 9:1?

En el Test sobre tus conocimientos prácticos sobre la radioafición, preguntábamos qué había de cierto sobre cierta idea muy difundida entre la radioafición sobre los hilos largos, y una de las que más a menudo se comentan en las bandas es la que discutimos en el presente artículo:

La pregunta que planteábamos allí era en realidad una afirmación: Cualquier  trozo de cable sirve como una antena de hilo largo y se le debe colocar siempre un balun 9:1. ¿Verdadero o falso?

La respuesta que dábamos allí era que esta afirmación es en un 90% de las veces falsa. Cualquier trozo de cable no es un hilo largo. Para que un hilo conductor pueda ser considerado  como una antena de hilo largo, debe tener por lo menos 2 longitudes de onda a la frecuencia más baja de operación. Eso significa que un hilo largo para 3,5 MHz debería tener por lo menos 160 metros de longitud y, para los 7 MHz, debería tener por lo menos 80 metros de longitud. Esa longitud le da ciertas características direccionales. Y apostamos a que tu supusta antena de hilo “largo” no los tiene.

Además, por otra parte, el balun 9:1 solamente se debería colocar con un hilo  realmente largo, pues entonces se comporta como una línea de transmisión que discurre paralelamente al suelo y su impedancia se acerca a los 500-700 ohmios. Entonces y solo entonces, debemos colocarle un balun adaptador de impedancias 9:1 que multiplique por 9 la impedancia del cable coaxial de 50-75 ohmios para adaptarlo en lo posible a los 500-700 ohmios de la antena que se ha convertido en una línea de transmisión, gracias a la longitud del hilo largo paralelo al suelo.

Figura 1 - HiloLargoConBalun9-1

Fig. 1 Una antena de hilo largo debe ser mayor de 2 longitudes de onda.

Evidentemente, si el hilo es más corto, como normalmente ocurre en nuestro país, en el que prácticamente casi nadie dispone de suficiente terreno para montar hilos realmente largos, no debemos colocarle jamás un balun 9:1 porque complicaríamos y haríamos mucho más difícil el ajuste del acoplador para convertir su impedancia en 50 ohmios.

Y no te olvides de una buena contraantena

Hemos hablado en muchos artículos anteriores de que muchas antenas verticales son solamente la mitad de la antena y que nos falta la otra mitad, que debe actuar como contraantena. Con las antenas de hilo largo ocurre exactamente lo mismo.

Con las antenas de un solo hilo corto, mediano o largo el problema es exactamente igual y vamos a precisar que todo lo que comentamos aquí da por supuesto que te has preocupado de cómo resolver el problema de la otra mitad de la antena. De lo contrario, habrás perdido el tiempo leyendo este artículo.

 Si no utilizamos una buena contraantena, lo que realmente estamos planteando es que la contraantena sea el sistema de tierra de protección eléctrica de la estación, lo que lleva a que la RF se pasee por todo nuestra instalación, justamente por donde no debe.

Figura 2 - HiloLargo sin contrantena

Fig. 2 Hilo corto o largo sin contraantena y tierra a través de la estación

Hilo “largo” más corto que largo

Si como sucede generalmente en la práctica el hilo largo es más bien corto porque es menor de ¼ de longitud de onda en alguna banda en que intentamos sintonizarlo, entonces su resistencia de radiación con toda seguridad será muy inferior a los 50 ohmios de la impedancia característica del cable coaxial. Y eso ocurre especialmente cuando por ejemplo utilizamos un hilo de 10 metros, que se comporta aceptablemente bien como antena de 1/4 de onda en 40 metros (si le hemos colocado  una tierra medianamente decente), cuando no podemos resistir la tentación de intentar trabajar los80 y los 160 metros sintonizándolo con el acoplador.

Figura 3 - HiloCorto con toma de tierra

Fig. 3 Impedancia de un hilo corto con tierra aceptable.

En las condiciones de por ejemplo la Fig. 3, resultaría que la impedancia del sistema radiante sería muy baja porque el supuesto hilo largo sería realmente corto y con una resistencia de radiación inferior a 10 Ω en 80  metros.  Teniendo en cuenta una buena resistencia Rt de tierra de 10 ohmios aceptablemente baja, eso nos daría un total de 20 ohmios como impedancia a acoplar.

Si ahora además le intercaláramos un balun 9:1, dividiríamos por 9 su impedancia y nos encontraríamos con  20/9 = 2,2 Ω de impedancia, lo que haría muy difícil si no imposible que consiguiéramos sintonizarla con el acoplador.

Así que el acoplador no lo puede acoplar todo

Todos sabemos que es algo complicado disponer de una antena adecuada para todas y cada una de las banda de radioaficionado, de forma que nos proporcione una carga y una ROE aceptables al transmisor. Casi todos recurrimos tarde o temprano al uso de un acoplador para conseguir que al transmisor no se encuentre con una impedancia imposible y una ROE excesivamente elevada que no pueda soportar y, en consecuencia, reduzca su potencia de salida o se desconecte mediante el circuito de autoprotección.

Una vez ya tenemos colocado un acoplador, probablemente no podremos resistir la tentación de intentar acoplar cualquier antena en otras bandas para la que no estaba diseñada y hacerla trabajar como antena multibanda. Y normalmente descubrimos que conseguimos sintonizar esta antena improvisada en alguna banda, aunque algunas se nos resisten. Eso significa que hay longitudes que se dejan acoplar y otras longitudes que no se dejan sintonizar según la banda.

Las longitudes difíciles de acoplar de los hilos cortos y largos

Serán muy difíciles de acoplar, casi imposibles, las longitudes de hilo que coincidan exactamente con múltiplos de media onda en la frecuencia de trabajo, porque resonarían presentando altísima impedancia, porque serían como dipolos resonantes alimentados por un extremo, en el que se encuentra una impedancia tan elevada alrededor de los 3000 ohmios, que está fuera del alcance del margen de sintonía de los acopladores. Eso también incluye longitudes que difieran +- 5% sobre esa media onda.

Figura 4 - HiloCorto de media onda

Fig. 4 Hilo de media onda que no se deja acoplar

Eso significa que, si por ejemplo queremos acoplar un hilo corto o largo en 10 metros, debemos evitar los múltiplos de 5 metros que sería media onda en 10 m, así como los múltiplos de 5,70 metros para intentar acoplar en la banda de los 12 metros, así como también los múltiplos de 6,70 metros que sería media onda en 15 metros, etcétera.

Podemos formar una tabla con las longitudes que no nos interesan en absoluto para un hilo corto ni largo, puesto que en una banda u otra nos pondrán problemas. Tomamos como constante de referencia para el cálculo de estas medias ondas un factor de velocidad de 0,95 que es el que recomiendan todos los autores para realizar los cálculos de antenas de hilos o cables, lo que representa una velocidad de propagación de la onda por el cable de 300 x 0,95 = 285.000 km/s. Es decir que calcularemos las longitudes de media onda prohibidas calculando los múltiplos de longitudes medias ondas 285/2 = 142,5/f para el centro de cada banda, con lo que realizamos en la tabla que se adjunta:

Banda

MHz

K longitud

Media onda

x2,00

x3,00

x4,00

x5,00

x6,00

10 m

28,5

142,5

5,00

10,00

20,00

20,00

25,00

30,00

12 m

25

142,5

5,70

11,40

17,10

22,80

28,50

34,20

15 m

21,2

142,5

6,72

13,44

20,17

26,89

33,61

40,33

17 m

18,1

142,5

7,87

89,75

23,62

31,49

39,36

47,24

20 m

14,2

142,5

10,07

20,14

30,21

40,28

50,35

60,42

30 m

10,1

142,5

14,11

28,22

42,33

56,44

70,54

84,65

40 m

7,1

142,5

20,07

40,14

60,21

80,28

100,35

120,42

80 m

3,6

142,5

39,58

79,17

118,75

158,33

197,92

237,50

160 m

1,8

142,5

79,17

158,33

237,50

316,67

395,83

475,00

 

Vemos que en esta tabla nos aparecen huecos de ciertas longitudes que no serán resonantes en casi ninguna banda y que nos permiten sintonizar las antenas con el acoplador bastante cómodamente en casi todas las bandas. Por ejemplo, hay un hueco en las longitudes comprendidas entre 8,5-9,5 metros, así como las que están entre 12-13 metros, y también entre 15-16 metros , así como entre 21-22 metros, porque se apartan suficientemente de la resonancia en media onda de varias bandas, si disponemos de hilos relativamente cortos. Más o menos deberíamos apartarnos de estas longitudes por lo menos un +-5% de la longitud resonante en media onda y sus múltiplos.

Si estamos hablando de hilos más largos, tendremos que colocar longitudes sobre los huecos entre 35-37 metros, 52-54 metros, 64-66 metros, 73-76 metros, etcétera, siempre intentando apartarnos de las resonancias en múltiplos de media onda en las bandas que queramos trabajar.

Para hilos más largos, tenemos mucho más margen y huecos, pues las posibles resonancias a frecuencias más altas, ya no tienen tanta importancia, pues entonces empiezan a comportarse más bien como hilos largos y la impedancia se encuentra siempre oscilando en los alrededores de los 400-600 ohmios comentados

Una longitud mágica: los 43 pies o 13 metros

Es posible que hayáis visto alguna vez en la revista QST que se venden unas antenas verticales, de las que afirman que se pueden acoplar en todas las bandas. Todas las que se venden como multibandas que cubren 80-10 m tienen una longitud mágica: 43 pies (x 0,3048 m/pie) = 13, 10 metros, así que debe haber una explicación razonable para que esta longitud sea escogida para verticales sintonizables en todas las bandas.

Figura 5 - Vertical de 13 metros

Fig. 5 Vertical multibanda de 13 metros de longitud. La más acoplable

¿Qué propiedad mágica tiene esta longitud?

Efectivamente es una longitud que no resuena en ½  onda presentando una alta impedancia en ninguna banda de aficionados actual y no se resiste demasiado a que un buen acoplador pueda conseguir añadirle la inductancia y capacidad que la llevan a resonancia sin problemas en cualquier banda. Y todo eso, además, con unas dimensiones todavía manejables para una antena vertical.

Aunque precisamente por ser una antena vertical ajustada a ¼ de onda, tiene el inconveniente de que solamente disponemos de media antena y recordemos que la tenemos que complementar instalándola en un suelo y con un buen sistema de toma de tierra (si es buena conductora) o con radiales enterrados aperiódicos (recordemos que se recomiendan 16 por lo menos) o elevados (recordemos que hacen falta 4 por banda de ¼ de onda). Ver revista CQ nº 333 de Setiembre de 2012 página XX.

Una antena inédita multibanda: la V invertida de 2 x 13 metros

Si ahora yo tuviera que montarme ahora una antena multibanda, la solución que adoptaría sería  colocar un acoplador remoto automático en la punta de un mástil de 3 x 3 = 9 metros  o en la punta de una torreta para una directiva y descolgar de allí dos ramas en V invertida de 13 metros, con una longitud de cable total de 26 metros. Sería fácilmente sintonizable por el acoplador en todas las bandas y dispondría de un dipolo resonante multibanda a una buena altura.

Figura 6 - V invertida de 2 x 13 metros

Fig. 6 Antena con acoplador remoto en V invertida de 2 x 13 metros.

El acoplador remoto , colocado en lo alto de un mástil, tiene el inconveniente de que debe recibir tanto el cable coaxial como el de alimentación, aunque algunos acopladores remotos pueden alimentarse también por el interior del propio cable coaxial, con separadores de la tensión continua de 12 V. De esta forma, eliminamos una mayor complejidad de la instalación y ahorramos en cable de alimentación, aunque los cable de alimentación de tres hilos de corriente para exteriores son bastante más baratos que un cable coaxial y no encarecen demasiado la instalación.

Únicamente tenemos que tomar la precaución de asegurarnos con un algún anillos de ferrita (Balun de corriente) de que no circula RF por el cable de alimentación, cosa que deberíamos colocar siempre también en los cables de control de los rotores que mueven antenas directivas para HF. También es aconsejable colocar un UN-UN con anillos de ferrita intercalado en algún punto del cable coaxial para impedir que se pasee la RF por el interior de la estación. Tanto da que lo coloquemos arriba junto al acoplador (Tuner) remoto como abajo junto al transceptor.

Balun necesario ¿sí o no?

Otra questión importante es si debemos o no colocar un balun después del acoplador. Ya hemos dicho que si el hilo es corto, no debemos utilizar nunca un balun 9:1 que nos reduzca la impedancia de la antena, sino que el balun debe ser 1:1 y, en cualquier caso, siempre es aconsejable colocar algún tipo de balun o un-un para que la RF no se propague de algún modo hacia otras tomas de tierra de protección eléctrica de la estación. Este balun puede ser tanto un balun de tensión de tres devanados después de acoplador con relación de transformación >1, o bien un balun un-un de ferritas colocadas en el coaxial, antes del acoplador, pues su misión, en el caso de hilos cortos, es simplemente impedir que la RF se desvié hacia las tomas de tierras de protección eléctrica de la estación.

Figura 7 - HiloLargoConBalun9-1o 4-1 0 1-1

Fig. 7 Antena con balun después del acoplador  9:1, 4:1 o 1:1 según longitud.

En el caso del balun UN-UN de anillos de ferrita, es mejor colocarlo entre el equipo o lineal amplificador y el acoplador de antena, pues así dejamos que el acoplador haga su función de acoplar sin interferir y, al mismo tiempo, el UN-UN impida las corrientes de tierra por las masas comunes eléctricas del transceptor y lineal.

Figura 8 - Hilo corto con Balun o un-un

Fig. 8 Antena con UN-UN y acoplador recomendado para hilos cortos.

Balun simétrico de tensión o un simple un-un de corriente

En el caso de que pongamos el balun después del acoplador, lo normal es utilizar un balun de tensión con tres devanados que aumente la impedancia en consonancia con la longitud del hilo. Si es más bien corto, no debemos sobrepasar la relación 1:1, porque las impedancias estarán por debajo de los 50 ohmios. Si es mediano, de forma que alcanza o supera alguna longitud de onda, debemos aumentar la relación a 4:1 para acércanos a una impedancia media de 200 ohmios y, si es largo, mayor de 2 longitudes de onda en la banda más baja, será entonces cuando deberemos utilizar el balun 9:1, pues la impedancia en la mayoría de frecuencias más elevadas se acercará a los 500-600 ohmios.

Aquí no hace falta en absoluto que el balun sea simetrizador, porque no estamos atacando antenas simétricas con líneas paralelas en las que la simetría es importante, sino que aquí estamos siempre hablando de sistemas asimétricos con monopolos radiantes y contraantenas de algún tipo.

Los hilos largos de verdad: la bidireccionalidad

Los hilos largos de verdad muestran un diagrama de radiación en forma de alas de libélula que se acercan mucho al eje marcado por la dirección del hilo. Contra más largo sea el hilo, más estrechos y próximos al hilo serán los lóbulos de radiación.

Figura 9 - Diagrama de radiación de antena de hilo largoJPG

Fig. 9 Lóbulos de radiación de una antena de hilo largo bidireccional.

Puesto que al final del hilo no hay nada, se produce una reflexión de la onda directa hacia atrás y existe una onda reflejada prácticamente de casi la misma magnitud de salida, lo que da lugar a una bidireccionalidad de la antena de hilo realmente largo.

Si queremos eliminar esta onda reflejada, deberemos colocar una resistencia de carga a tierra que absorba la energía no radiada. Entonces obtenemos una antena inventada por Beverage.

Las antenas Beverage sí que son unidireccionales

Las antenas Beverage con resistencia de carga al final del hilo largo, tienen el retorno normalmente por tierra, lo que se consigue conectando una resistencia de carga a tierra por medio de picas como tomas de tierra, aparte de la que obligatoriamente tendremos en el punto central.  Esta resistencia de tierra debe ser de una impedancia entre 200 y 600 ohmios para absorber la potencia no radiada por el camino hasta llegar a la resistencia. Es muy fácil que sólo se radie un 30-50 % de la energía transmitida y que la resistencia de carga tenga que ser capaz de disipar 50-70% de la potencia del emisor.

Figura 10 - Diagrama de radiación de antena Beverage

Fig. 10 Lóbulos de radiación de una antena Beverage unidireccional.

uesto que se pierde mucha energía en estas resistencias, lo normal es que el que trabaja con antenas Beverage, las utilice solamente en recepción (por ejemplo 8 antenas en 8 direcciones del espacio, a cada 45º de la rosa de los vientos) y , para la transmisión,  utilice por ejemplo una antena vertical en el mismo centro del sistema de antenas Beverage.

Figura 11 - Antenas Beverage conmutables en 8 direcciones

Fig. 11 Ocho antenas Beverage conmutadas en 8 direcciones.

De esta forma, se dispone de una recepción muy selectiva, que se consigue por medio de un conmutado remoto para poder cambiar rápidamente la dirección de recepción a voluntad. El problema a resolver consiste en realizar un buen conmutador de antenas, fácil de manejar, para seleccionar una de las 8 antenas Beverage directivas como las que se  comentan en el párrafo anterior. Nada que se no pueda resolver hábilmente con los medios de que disponemos hoy en día.

73 Luis A. del Molino EA3OG