COMO AJUSTAR UNA ANTENA DIPOLO.

Versión 1.5 (06/05/2010)Por Carlos R Martinez LU2CRM

Durante mucho tiempo he podido comprobar que un alto porcentaje de radioaficionados, a pesar de la mucha bibliografía sobre el tema, no saben ajustar una antena dipolo.
Es verdad  que no siempre los libros técnicos que hablan sobre estos temas no son muy didácticos  para un "no" especialista y realmente se le hace muy difícil comprender algo que nunca estudió.

Como dije antes, muchos creen que saben ajustar éste tipo de antena, hacen los cálculos correspondientes que le enseñaron en el curso o se los pasó algún colega amigo, cortan los cables,  arman la misma, la cuelgan, conectan el cable coaxial al centro del dipolo, le interpolan un balun y conectan un wattimetro o roimetro abajo. Encienden el equipo, transmiten una portadora continua o dicen hoolaaaaaaa…, miden la potencia directa y  reflejada y cuándo logran una reflejada (ROE) por debajo de 1.5:1, alargando, acortando, abriendo o cerrando los brazos de dipolo,  dicen  listo…!!! la antena me quedó ajustada  en 3690 Khz con “cero” roe…!!!  y mis señales en La Quiaca son de 5/9+ 30 dB....!!!".

Bien, en forma irónica he querido ilustrarlos de lo que siempre escuchamos y alguna vez dijimos.
Y por que no decirlo,  es más fácil preguntar, que leer un libro,

 Empecemos con la explicación:

 Para calcular una antena dipolo, primero debemos determinar por fórmula las dimensiones físicas para poder cortar los alambres y así armar nuestra antena, para ello utilizaremos esta fórmula:

                                                   142.5
                     longitud  (mts) =  ----------------
                                                   F ( Mhz)

Una vez armada la antena, deberíamos instalar el dipolo en forma extendida a una altura no menos de l/2 de la frecuencia de corte, es decir que para 3700 Khz la altura es de 40 mts.( La antena debe estar completamente despejada de cualquier obstáculo, paredes, árboles, estructuras metálicas, techos, tanques de agua, etc…).

Nota 1: Alguno de Uds. me dirá que todo esto es mera teoría, pero no lo es, si cumplimos con estas normas, vamos a lograr que nuestra antena irradie correctamente como dicen los libros.
(Como dato anecdótico les comento que podemos se considera a una antena dipolo aislada en el espacio a partir de las 2 longitudes de onda, es decir que si nuestra antena esta cortada y ajustada en los 3700 Khz serían 160 mts de altura los que necesitaríamos para que este aislado completamente).

 Para el caso de la V invertida, la altura se debe medir en los aisladores. Los mismos deben estar a no menos de 3 mts de altura desde el suelo o de su último plano de tierra, fuere cuál fuere. (Pisos, techos, tanques de agua etc.) siendo el ángulo de apertura del dipolo entre 90 y 120 grados.            (estos valores son los ideales para considerarse en V invertida).  

   Para el caso del dipolo extendido tendremos una impedancia aproximada a los 75 ohm  y para el caso de la V invertida oscilará dentro de los 50 ohm (ambos valores son teóricos).

Nota 2:  ¿Por qué  teórico?.  Porque hasta que no midamos en el centro de la antena con un instrumento (analizador de antena o un puente de ruido),  no podemos aseverar que el valor de la impedancia medido en nuestra antena sea  el expresado en los libros, o sea 50 ó 75 ohm.
Lo mismo vale  para la resonancia. Si queremos saber dónde resuena, debemos medir en el centro de nuestra antena  con otro instrumento (analizador de antena o un dip meter).
(Medir implica tomar los datos en el centro de antena sin el balun).

Bien, pero como hacemos para medir con los instrumentos en el centro de antena, cuando la antena ya esta colgada, dónde medir es la cuestión…???.
   
Empecemos con el dipolo extendido, si la antena está colgada a 40 metros de altura, no hay  forma de medir  el centro de la antena a menos que nos suba una grúa o flotemos en el aire.
Entonces la pregunta sería ¿dónde mido?.
Normalmente lo que siempre hacen, es intercalar entre el equipo y el cable coaxial que va a la antena un roímetro o wattimetro…, pero para hacer esto debemos tomar en consideración la longitud de nuestro cable coaxial, como lo escuchan, no se puede medir de esta forma si nuestro cable no mide una cierta medida.

Para resolver esta respuesta complicada, debemos tomamos en cuenta nuestra línea de transmisión.(cable coaxial).
La mayoría de Uds. saben que los cables que normalmente usamos son el RG-8, RG-213, 9913 ó similares con una impedancias características típicas de 50 ohm.

Si a modo de prueba conectamos una carga fantasma de 50 ohm en uno de los extremos del coaxial que vamos a usar y en la otra punta medimos la roe, notaremos que el wattimetro nos indica una potencia reflejada de 1:1. Pero si la cambiamos la carga fantasma por una de 75 ohm y volvemos a medir,  notaremos que la roe se elevó a 1.5:1, esta variación se debe a la diferencia de impedancia que existe entre 50 y 75 ohm cuando usamos un cable coaxial con una impedancia característica de 50 ohm, si dividimos 50/50 = 1 ahora si dividimos 75/50 = 1.5. Lo mismo ocurriría cuando usamos un cable coaxial de 50 ohm con una antena que tiene 75 ohm, teniendo un rendimiento de un 97% aproximadamente, esta reflejada (1.5) retorna al equipo y produce en todos los casos ITV, imaginen si su antena tiene mas de 1.5:1 de roe…
(Les recuerdo que "impedancia" se le dice a la resistencia cuando hablamos de corrientes alternas, en este caso de alta frecuencia).

Haciendo una comparación de lo que dije, lo mismo pasa en nuestro centro de antena. Como no sabemos si tenemos 50 ohm en el centro de nuestra antena dipolo, cuando conectemos el cable coaxial lo que vamos a medir abajo es erróneo, a menos que justo coincida  la longitud de nuestro cable, con la 1/2 longitud de onda eléctrica física de la frecuencia que queremos ajustar.

Para lograr que nuestro cable coaxial tenga la longitud correcta, tenemos que cortarlo a longitudes pares de 1/2 longitud de onda física, para ello debemos empezar a tomar en consideración a partir de ahora el factor de velocidad del cable que vamos a utilizar, que para el caso de los RG 8 y 213 es de 0.66. Es decir que tiene un factor de velocidad del 66 %  o dicho en otras palabras:
"La velocidad de la onda en el espacio libre, viaja a una velocidad aproximada de 300.000 Km/s, cuando es onda ingrese a nuestro cable coaxial lo hará un 34 % mas lento".
Esto es producto de la atenuación que le produce el dieléctrico (aislante) (PVC, Polietileno, Tefzel, Teflón, Poliuretano, etc.), de nuestro cable a la onda entrante. ( Ej.: Para los cables que usan un dieléctrico de Foam (Polietileno expandido), su factor puede variar desde 82 a 88 % y para los que usan dieléctrico de aire ( Polietileno/aire) de los del tipo Flexwell o Heliax su velocidad puede variar entre 90 a 96 %,  acercándose casi al ideal que es 100 %.

Notas:

PVC: Cloruro de polivinilo.
TEFZEL: Copolímero etileno-tetrafluoretileno.
TEFLÓN FEP: Copolímero tetrafluoretileno-exafluorpropileno).

Aplicando la fórmula:

       150 x Factor de velocidad
      -------------------------------------- = metros físicos.
       Frecuencia en Mhz.

Obtenemos la media longitud de onda “física” que necesitamos para cortar nuestro cable.

Ejemplos:

Para 3700 Khz la longitud deberá ser de 26.7 Mts. Obviamente notará que la medida obtenida es mucho menor a la de una media onda 38.5 mts de un dipolo.
Esto es debido a que el factor de velocidad del cable hace que la longitud sea mucho menor.

Acuérdense de esto: " Las medias longitudes de onda pares, repiten el valor que tenemos en el extremo opuesto". ( Ej: ½,  1 , 1 ½ ,  2 ,  2 ½,  3 etc).

 " Los cuartos de longitudes de onda impares, adaptan lo que tenemos en el extremo opuesto".
 ( Ej: ¼,  ¾,  5/4, 7/4, 9/4, 11/4, etc).

Estas dos máximas no hay que olvidarlas nunca.

Siguiendo con el tema, una vez que cortamos el coaxial a los 26.7 mts, le soldamos los conectores en ambos extremos, conectamos el cable al centro del dipolo, y  vamos a obtener la roe real que tiene nuestro dipolo.
Si el cable fuese mas corto o más largo que los 26.7 mts., lo que vamos a estar ajustando, en lugar de la antena, es el dipolo y el coaxial en conjunto. (presten mucha atención a este último dato).
Esto es producto de la desadaptación de impedancia, por no tener  el cable  resonante a los 26.7 mts. (1/2 long. de onda física).

¿Cómo sabemos o podemos comprobar que nuestro cable realmente está resonante a 1/2 longitud de onda?.

Esta pregunta se debe a que no tenemos forma de saber si cortando el cable a los 26.7 mts, vamos a tener realmente la 1/2 onda física que necesitamos, ya que no todos los coaxiales tienen  50 ohm a lo largo de todo el cable,  por mas que el fabricante asegure que si los tiene.

Otra forma de medir ½ onda con el extremo del cable coaxial abierto es con un wattimetro o medidor de roe.

Estos pasos son los  que la gran mayoría “no” hace y por eso la antena queda mal ajustada.
Si pensamos que utilizando un balun, vamos a adaptar esa diferencia, él no adapta esa diferencia, al contrario, desadapta aún mas el sistema.
Les recuerdo que la función de un balun es adaptar algo balanceado a algo desbalanceado, nada más.

Ahora si, bajo estas condiciones, podemos medir con certeza de que el valor de impedancia que tenga la antena en su centro va a ser el mismo en nuestro extremo, porque la roe que vamos a medir va a ser la real de la antena. (centro de antena).
Bajo este método de medición, procederemos ahora sí a acortar o alargar los brazos del dipolo hasta encontrar nuestra menor reflejada.

Una forma práctica de saber si nuestra antena está realmente ajustada, es cortar pedazos de nuestro cable coaxial e ir midiendo en cada corte la roe, si observamos que la roe no varía la antena, está perfectamente apareada y por consiguiente ajustada correctamente.
 Ahora si cada vez que cortamos el coaxial y volvemos a medir, la roe nos varía,  eso significa que no hemos cortado bien el cable coaxial y hemos ajustado mal la antena.

Vuelvo al ejemplo del cable coaxial que tiene en un extremo la carga fantasma de 50 ohm. Por mas que midamos la roe en el otro extremo, con longitudes de 100, 73, 61, 50, 15, o 2 metros,  la roe no variará.
Sí  haciendo esta prueba con la carga observásemos que varía la roe, eso nos indicaría: que la carga no tiene 50 ohm,  el cable es de muy mala calidad, tiene pérdidas o  tiene una impedancia característica diferente a 50 ohm.

Si por esas casualidades no nos alcanzase 26.7 mts para conectar el dipolo con nuestro equipo, tendremos que duplicar la longitud exactamente al doble, es decir a 53.4 mts.
Es claro que esta medida puede ser mayor a nuestro requerimiento real en cantidad de cable, pero para ajustar bien nuestro dipolo no tenemos otra opción.(por ahora).
Y si los 53.4 mts nos sigue siendo corto, nuevamente se debe prolongar 1/2 longitud mas, lo que nos llevaría a  80.1 mts.
 
Si una vez ajustada la antena según estos pasos comprueban, cortando el cable que no les varía la roe, pueden cortar el cable sobrante a la medida que realmente necesitan. Con esta maniobra van a mejorar la recepción, por menor atenuación de cable, y poner mayor potencia en la antena por igual motivo.

Estaría entonces lista nuestra antena para instalarle el balun de relación 1:1.
Una vez normalizado todo, midan la roe. Si no varía han logrado un excelente apareamiento entre una antena y un coaxial y estén seguros que su  antena va a rendir mejor que cualquier otra.
Si les varía la roe con el balun que pusieron, eso les está diciendo que el balun realmente no cumple con esa función porque realmente no guarda la relación especificada por el fabricante.         ( la solución…”Tírenlo a la basura y compren uno nuevo de marca y buena calidad”, desgraciadamente los buenos casi siempre son importados).

Para el caso del dipolo en V invertida el procedimiento es el mismo. La variante que se le agrega es que la roe no solo se puede mejorar acortando o alargando los brazos del dipolo sino también abriendo y cerrando los brazos del dipolo entre los 90 y 120 grados de apertura.

Ya hemos aprendido cómo ajustar un dipolo.
Muchos me estarán diciendo que no tienen esa altura para colgar la antena.
A ellos les digo: es verdad. Pero no se preocupen,  yo les mencioné la forma de ajustar un dipolo en condiciones de altura ideales. Ahora para el caso de los dipolos que estén por debajo de esta altura, cuélguenlo igual y procedan a ajustarlo de la misma manera.

¿ Cuál es entonces la diferencia?.

La diferencia radica principalmente en que la altura no solo modifica la impedancia de la antena sino que también varía el lóbulo de irradiación y el ángulo de disparo. El rendimiento de la antena va a depender también de tomar en consideración estos 3 factores.

Cuanto más baja está la antena mas alto es el ángulo de disparo, mas baja es la impedancia y el lóbulo de irradiación, vaya a saber uno como es.

Por esto les aconsejo que nunca comparen el rendimiento de una antena con otra, porque para realizar ese análisis hay que tomar en cuenta muchos aspectos que  he relatado y otros que no he tenido en cuenta en este artículo.

Otro punto importante a considerar, es que el Wattimetro o roimetro solamente sirve para medir potencia. Obviamente que con él podemos darnos cuenta a priori si nuestra antena o equipo tiene problemas,  pero nada más.

Para ajustar una antena que experimentamos necesitamos los siguientes instrumentos:

1 Wattimetro o roimetro.
1 analizador de antena (con este instrumento suplo el  dip meter y el puente de ruido).
1 Puente de ruido (mido la impedancia).
1 dip meter (mido la resonancia)
1 medidor de campo irradiado.

Como podrán observar tenemos que tener más de un instrumento que un simple watimetro/roímetro para poder ajustar bien nuestra antena.

Y por último les recuerdo, "La falta de roe en una antena no es sinónimo de resonancia". Por eso cuando escuchen que los colegas dicen:
" En 3650 Khz tengo mi pozo de resonancia, y  tengo 1:1 de roe".....!!!
Esta aseveración es incorrecta no tiene fundamentos técnicos, por lo anteriormente expresado.

Medición de ROE incluido el cable coaxial y conectores

Cuando las pérdidas de la línea de transmisión son insignificantes o despreciables, la ROE se puede medir en el punto más conveniente de la línea. Sin embargo, cuando la medición se hace al final de la línea de Transmisión del sistema, un cable coaxial con pérdidas tenderá a enmascarar los efectos de una REO pobre al final de la antena y la ROE parecerá mejor de lo que es en realidad.

Ejemplo:

Si la potencia de transmisión es de 100 W, y las pérdidas del cable coaxial son de 3 dB. Sólo llegan 50 W a la carga (que tiene una SWR de 4:1). Así pues, el 36 % de los 50 W (18 W) se reflejarán, de los cuales el 50% de esos 18 W,  9 W se pierden en el retorno porque la línea coaxial tiene una pérdida de 3 dB, antes de alcanzar el punto de medición. Las potencias directas y reflejadas (medidas) dan una SWR aparente de 1.85:1, y no el valor real de 4:1.

En la gráfica podemos apreciar como la ROE medida al final de la antena es mayor que la ROE medida al final del transmisor y que la proporción variará con la pérdida de la línea.