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ENDFED multibanda (40+20+15+10) con adaptador coaxial

Después de leer el magnífico artículo de Dani, EA5FV sobre su compañera de aventuras EndFed bibanda (revista Radioaficionados de Julio de 2015 página 18), una antena de media onda alimentada por un extremo (EndFed), resuelta con un adaptador consistente en un transformador de relación de espiras de aproximadamente 8:1 (23:3), que eleva la impedancia casi 64 veces desde 50 Ω a 3200, me pregunté si yo no podría conseguir también utilizar de alguna forma un adaptador coaxial para una EdFed para 40 metros de forma que fuera bibanda y utilizarlo de algún modo en varias bandas, igual que su transformador elevador. Me pareció que no sería difícil conseguirlo y aquí tenéis el resultado de romperme el coco (bueno, para ser sincero, no mucho) para encontrar una solución multibanda.

Realmente insisto en que no acabo de comprender la poca atención que se presta en la literatura de la radioafición al tema de las antenas resonantes alimentadas por  un extremo, especialmente por su facilidad de instalación en portable y su comportamiento multibanda en armónicos pares e impares, mientras que los dipolos no son multibanda, excepto en el tercer armónico.

Sujeta por un extremo como puedas un cable de la medida correcta de media onda en la frecuencia más baja que quieres operar y, en el otro extremo, conectas un adaptador de a alta a baja impedancia, enchufas tu coaxial y ya tienes una excelente antena resonante multibanda, lista para transmitir. Mucho más fácil que tener que colocar dos ramas y un balun en el centro para obtener un dipolo resonante o una G5RV.

Desventaja del transformador elevador de impedancia

La desventaja del sistema de transformador de Dani, EA5FV, consiste únicamente en su uso limitado al QRP, con una potencia máxima admisible relativamente baja, para la que Dani propone prudentemente no sobrepasar los 20 W. Esto se debe a  las elevadas tensiones que aparecen en la conexión en un extremo de la antena del transformador, pues quedan multiplicadas por 8 (relación de casi 24:3), respecto a las tensiones de RF presentes en la salida de 50 ohmios del transmisor.  Para un pico de 150 W (prudente estimación con buen margen para un equipo de 100 W  de salida), la tensión en el primario sería de hasta 86 V, los cuales multiplicados por 8, nos dan 688 V en el punto que se conecta a la  antena.  Realizar un transformador de RF sobre un núcleo toroidal que proporcione un buen aislamiento para esta tensión no es fácil.

Nota: No confundáis este transformador con una relación de espiras 8:1 o 9:1 que eleva la impedancia 60 o 81 veces de 50 a 3000 o 4000 ohmios, con un balun 9:1 pues este último solo tiene una relación de transformación de espiras de 3:1 y lo que hace es elevar la impedancia solamente 9 veces, para permitir adaptar cables de 50 ohmios a antenas Long Wire (hilos largos no demasiado cortos) de una impedancia de aproximadamente 450-600 ohmios.

Así pues, si queremos operar con un transceptor normal que no sea QRP, por ejemplo para una activación en una ermita o un castillo, en la que dispongamos de toma de corriente y podemos transmitir con 100 W, e incluso a veces con un lineal de 600-1000 W, tendremos que buscar un tipo de adaptador que soporte tensiones más elevadas.

Adaptador de ¼ de onda con cable coaxial

Aquí es donde entra el adaptador de ¼ de onda (eléctrica) realizado con cable coaxial, pues podemos conseguir un coaxial RG-58  C/U (que es muy cómodo de manejar) con una tensión de ruptura de hasta 4 kV (sí, con K) y que soporta hasta 240 W de potencia máxima aplicada en 28 MHz (Astro Radio vende un cable de este tipo).  Con este cable de 5 mm de diámetro,  muy cómodo de manejar, disponemos de un margen suficiente para utilizarlo con un equipo de 100 W sin lineal, en el que la tensión seguro que no superará los 800 V. Ver figura 1.

Figura 1: EndFed con adaptador coaxial de ¼ de onda eléctrica (x Fv)

Si  necesitamos utilizar un amplificador lineal, la cosa se complica en cuanto a que necesitamos un cable que nos permita aumentar la potencia, como por ejemplo un Airborne 5 (que también vende Astro radio), que tiene un pico de potencia máxima de 1650 W, pero que todavía es muy manejable porque tiene un diámetro exterior de 5 mm, aunque su factor de velocidad es mayor (0,85) y eso nos obligaría a utilizar adaptadores de cuarto de onda de algo más de longitud eléctrica. Yo voy a continuar este artículo dando por supuesto que utilizaremos el RG-58 C/U de factor de velocidad de 0,66, que permite máximo 150 W.

¿Cuál es la gran ventaja de utilizar un RG-58 C/U?

Pues la facilidad, por su diámetro de 5 mm, de tenerlo enrollado y tirado por el suelo, al pie de la antena, sin necesidad de extenderlo o colocarlo de ningún modo especial, ni que le afecten los elementos metálicos próximos,  cosa que siempre tendríamos que prever con una línea paralela de escalerilla al aire o de polietileno con ventanitas. Esa es la clave.

El cable RG-58 C/U lo podemos tener tirado y enrollado de cualquier manera, pues la resonancia de la RF en ¼ de onda se produce en su interior y no se entera de que está enrollado, por lo que realizará sus funciones adaptadoras perfectamente igual. También nos interesa que disponga del factor de velocidad más pequeño posible (Fv=0,66), gracias a su dieléctrico de polietileno sólido, lo que hace que el adaptador resulte más corto.

Dimensiones del adaptador para 40 metros

Empecemos por calcular las dimensiones del adaptador de cuarto de onda para una antena para la banda de 40 metros, tal como contemplamos en la figura 2, teniendo en cuenta el factor de velocidad de 0,66 para el cable RG-58 C/U. Lo calcularemos para la frecuencia central de 7.100 kHz.

L/2 = 142,5/7,1 MHz = 20,07 metros; Adaptador = L/4 x Fv = (10,03/2) x 0,66 = 6,60 metros

Realmente nos da 6,62 m, pero nos comeremos los dos centímetros por comodidad, pues no viene de 1 cm.

Figura 2: Adaptador coaxial de ¼ de onda para 40 metros

Dimensiones del adaptador para 20 metros

Pasemos ahora a calcular las dimensiones del adaptador de cuarto de onda para 20 metros tal como contemplaremos en la figura 3, teniendo en cuenta el factor de velocidad de 0,66 para el cable RG-58 C/U. Lo calcularemos para la frecuencia central de 14.150 kHz

L/2 = 142,5/ 14,15 MHz = 10,07 metros;  Adaptador = L/4 x Fv = (5,03 / 2) x 0,66 = 3,30 metros

Realmente nos da 3,32 m, pero igual que anteriormente, nos comemos los dos centímetros por comodidad, pues no viene de 1 cm.

Figura 3: Adaptador coaxial de ¼ de onda para 20 metros

Adaptador coaxial bibanda (40 y 20 m)

Es muy fácil modificar el adaptador de cuarto de onda para 40 metros de forma que lo  podamos transformar a voluntad en el de 20 metros, consiguiendo así un adaptador bibanda, tal como  podemos contemplarlo en la figura 4.

Figura 4: Adaptador multibanda para 40 y 20 metros

Para construirlo, aparte de los 6,60 metros de coaxial RG-58, necesitaremos cortarlo previamente en 4 tramos, colocando en sus extremos sus respectivos conectores PL-259. La “fórmula” del adaptador podríamos resumirla en: 3,10+0,20+2,90+0,40 metros

Necesitaremos, por tanto, 8 conectores coaxiales del tipo PL-259 (llamados también conector UHF en España), más 3 barriletes hembra-hembra para las conexiones de la antena en A, en el punto intermedio C y en el extremo E y, finalmente ,2 conectores triples  en T intermedios en B y D.

Cambio de banda

Cuando queramos transmitir en 20 metros (onda completa) con nuestra EndFed de media onda para 40 m, desconectaremos el tramo CDE, trasladaremos el conector coaxial cruzado desde el punto E al C, y cambiaremos la bajada de 50 ohmios que estaba conectada al punto D para 40 metros hasta el punto B, en el que obtendremos la adaptación para 20 metros.

Todo esto parece muy complicado, pero debemos tener en cuenta que en una EndFed alimentada por un extremo podemos tirar todo este coaxial por el suelo, enrollado al alcance de nuestra mano, pues el único punto peligroso y que debe quedar al menos fuera del alcance de las manos es el punto A, en el que aparecen las tensiones elevadas, que debe estar por lo menos a 2 metros de altura, fuera del alcance de cualquier imprudente, o situado de forma que no pueda tocarlo nadie cuando transmitimos. Por tanto, podemos tardar como mucho hasta 1 minuto en cambiar las conexiones del adaptador para pasar de una banda a otra. ¿No os parece suficientemente rápido?

El mismo radiante para 40, 20, 15 y 10 metros

Efectivamente, con un cable radiante de 20,10 metros de longitud, alimentado por un extremo, podemos radiar tanto en 40 (media longitud de onda), como en 20 metros (una onda completa), así como en 15 metros (una onda longitud de onda y media), y hasta en 10 metros, (doble onda completa) pues la misma longitud será resonante en las cuatro bandas y proporcionará alta impedancia en ambos extremos, a uno de los cuales conectaremos nuestro adaptador coaxial multibanda.

De todos modos, hemos de puntualizar que el comportamiento en las cuatro bandas será completamente diferente, según vamos a ver en los diagramas que veremos a continuación.

Un dipolo horizontal en V invertida para 40 m

Aparte de la colocación más intuitiva de los 20,10 metros de cable de una EdFed colgada de un árbol por un extremo y el otro junto a la estación, la instalación más fácil, práctica y rápida de una EndFed portable para 40 metros es la disposición en V invertida, con un solo soporte central telescópico de fibra de vidrio de unos 8-10 metros de longitud en el centro, sistema con el que podemos tener erguida la antena en un activación en un abrir y cerrar de ojos, con tal de que nos busquemos un trípode de soporte central para el mástil extensible de fibra de vidrio. La instalación sería la que se contempla en la figura 5:

Figura 5: EndFed de media onda para 40 metros en V invertida

La antena  en 40 metros se comporta exactamente como un dipolo de media onda en V invertida, pues las corrientes tienen la misma dirección en las dos ramas A y B y la componente horizontal del campo eléctrico se suman horizontalmente como en un dipolo, en la dirección perpendicular al plano de la antena, mientras que las componentes verticales en A y B se cancelan en esa misma dirección perpendicular.

En cambio, en la misma dirección del plano de la V, la antena  radia con una componente vertical, característica típica de todo dipolo montado como V invertida, por lo que es más omnidireccional que un dipolo totalmente horizontal, cuya radiación por las puntas es prácticamente nula.

En 20 metros equivale a una vertical de ¼ de onda

Con la misma longitud del radiante para 40 metros, nos basta cambiar la longitud y las conexiones del adaptador de cable coaxial de ¼ de longitud de onda, para obtener una excelente antena para 20 metros que se comporta como una vertical de ¼ de onda, tal como vemos en la figura 6.

Figura 6: EndFed para 40 radiando en 20 metros como V invertida

Si nos fijamos en que las corrientes en ambas ramas A y B se dirigen en direcciones opuestas, podremos comprobar que sus componentes verticales se suman, radiando con polarización vertical en la perpendicular al plano de la antena, mientras que las componentes horizontales de su radiación son opuestas y se anulan casi totalmente, excepto en la dirección del  mismo plano de la antena, donde aún siendo opuestas no se cancelan por diferencias de fase.

Así pues, en la dirección perpendicular al plano de la antena, se comporta como una antena de polarización vertical, mientras que en la dirección de las puntas radia con polarización horizontal, justo a la inversa de su comportamiento en 40 metros.

También funciona en 15 metros

Esta antena, con exactamente la misma forma y tamaño, también se puede utilizar perfectamente en 15 metros, pues el cable de media onda para 40 metros también resuena en  la parte baja de 21 MHz, en un modo de 1½  longitudes de onda, tal como podemos contemplar en la figura 7. Los tramos A y D se comportan como una antena horizontal en V y los tramos B y C se comportan como una antena vertical en la dirección perpendicular al tramo de la antena. Tenemos una radiación con las dos polarizaciones. Toma ya.

Figura7: EndFed para 40 metros radiando en 15 metros

 Pero, de todos modos, tendríamos que acortar nuestro adaptador y dividirlo en más pedazos para conseguir una perfecta adaptación. El adaptador de cuarto de onda en 15 metros necesita tener solamente 2,20 metros en total y disponer de una toma para el coaxial de 50 ohmios con una T situada a 13 cm del extremo cortocircuitado.

El adaptador multibanda, ahora de 6 tramos, se podría resumir así: 2,07+0,13+0,90+0,20+2,90+0,40 metros

La única condición necesaria para cambiar de banda sin problemas sería rotular muy bien los tramos adicionales para no liarse y montar los latiguillos en un orden y con longitud erróneos.  

Ah, y esta antena también resuena y funciona en 10 metros, pero ya me he cansado de dibujar diagramas de radiación y el artículo ya es demasiado largo.

Soluciones comerciales

Para los que no son habilidosos como yo para construirse el adaptador de Dani, ni están dispuestos a tener que agacharse cada vez para cambiar el adaptador cuando queremos cambiar de banda, también existen adaptadores de banda ancha con transformador y antenas EndFed comerciales multibanda que aguantan hasta casi 1 kW, como el modelo MFJ-1984HP, que se puede conseguir en http://astroradio.com, y que nos garantiza el funcionamiento en 40-20-15-10 con un radiante de 19,90 metros de longitud. Tira de tarjeta de crédito y todo resuelto.

Espero que consigáis buenas activaciones con alguna EndFed multibanda.

73 de Luis, EA3OG