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Antenas y propagación
¿Porqué prefieren las estaciones privadas dipolos de "banda ancha"?
Básicamente porque con una sola antena pueden resolver su necesidad de comunicación en distintas bandas, pero la principal razón es que esta clase de estaciones pueden permitirse un menor rendimiento de su antena (especialmente en las frecuencias más baja), dado que la mayoría de ellas hoy en día las emplean para comunicar con estaciones móviles. camiones, transportes de pasajeros, etc.
El rendimiento en trasmisión de las antenas de esos móviles es relativamente bajo, de manera que si el rendimiento en trasmisión de la base es algo menor, simplemente "se equilibra la balanza", pues de poco sirve que la base llegue fuerte al móvil si el móvil no está llegando bien a la base producto del pobre rendimiento de su sistema irradiante.
La situación con nuestras antenas es diferente. Nosotros no comunicamos tan frecuentemente con estaciones que emplean antenas de pobre rendimiento (como
las móviles usuales de HF), sino con estaciones que normalmente utilizan antenas bastante eficientes; entonces, si sacrificáramos rendimiento en trasmisión para ganar en facilidad de adaptación ello daría lugar a un empeoramiento de la relación señal-ruido de nuestra emisión en el receptor del corresponsal (a igualdad del resto de las condiciones).
¿Hay antenas capaces de aumentar la potencia irradiada?.
En realidad no, ninguna antena puede "aumentar" la potencia que recibe del trasmisor, eso violaría el Principio de la conservación de la energía (todas las antenas "pierden" algo de potencia pues su eficiencia nunca es 100%, lo hacen en forma de calor en la resistencia de sus conductores).
El término "Ganancia" de potencia tiende a producir este equívoco conceptual. Ganancia es casi sinónimo de "Directividad", no de amplificación. La ganancia consiste simplemente en la posibilidad enfocar la energía disponible en una o más direcciones de interés, tal como lo hace el reflector de una linterna o la pantalla de una lámpara. Pero al enfocar la energía en una dirección ¡la estamos retirando de otras...!
Siempre que una antena tenga ganancia en alguna dirección lo hará en detrimento de otras, por eso no hay que engañarse creyendo que una antena "tiene más ganancia que otra" como sinónimo de "mejor" en términos absolutos, si, puede ser "mejor" para una aplicación determinada. Por ejemplo, una antena Zeppelin doble extendiada ofrece ganancia frente a un dipolo sencillo, ello significa que su señal será oida mejor solo en ciertas direcciones, en otras sucedera justamente lo contrario. Existe, si antenas, que poseen más eficiencia que otras, la eficiencia no es lo mismo que la ganancia, ella da cuenta de la capacidad de una antena para convertir la mayor cantidad posible de la anergía suministrada en campo electromagnético y no dispipándola en forma de calor.
¿Los dipolos horizontales irradian señales polarizadas horizontalmente?.
No, aunque es un concepto común, los dipolos horizontales irradian tanto señales de polarización horizontal como vertical. De hecho el campo radiado verticalmente es casi tan grande como el horizontal y es el responsable de que el diagrama de radiación total sea prácticamente omnidireccional y no el
supuesto "8" que corresponde al diagrama puramente horizontal. El diagrama de radiación vertical es también un "82, rotado 90 grados respecto del horizontal. En la única dirección en la cual el dipolo irradia un campo puramente horizontal es el plano horizontal que contiene la antena o exactamente en una dirección que forme un ángulo recto ocn una perpendicualar al centro de la antena. Si observáramos la antena desde "la punta", de manera que solo viéramos un punto, si nos desplazamos a lo largo de una línea verical que contenga ese punto, la radiación estará polarizada en forma puramente vertical, en todas las demás direcciones l apolarización será una combinación de ambas. Recordemos la definición: La polarización de una antena es la correspondiente a la de su campo eléctrico en la dirección donde la intensidad de campo es máxima.
¿Irradia la línea abierta de una G5RV?.
Depende, si en la bajada no se instala un balun y se acopla directamente al coaxil, entonces, como cualquier sistema balanceado alimentado por un dispositivo desbalanceado, la línea tendrá cierta radiación.
Si, se emplea balun y la antena está montada de manera que ella misma no produzca desbalance, entonces la línea no irradia energía (salvo la pequeña que escapa de todas las líneas abiertas).
Suele creerse que los alambres de la línea abierta forman parte de la antena misma, este es una creencia bastante común que contradice los principios básicos de funcionamiento de las líneas de trasmisión, probablemente ha nacido de algunos diagramas explicativos en los que se muestra parte de la corriente de la antena, dibujada continuando sobre la línea para mostrar la corriente .
He notado que cuando cambio de frecuencia unos cientos de kHz en VHF, la intensidad de la señal varía bastante, me han dicho que es porque mi antena tiene muchos "pozos", ¿es verdad?.
En general no. Ninguna antena usual en VHF tiene un Q tan alto como para producir esos "pozos". Suele acusarse la conocida Ringo de este problema. La variación es producida normalmente por fenómeno conocido como "Multipath" (camino múltiple) o "Delay Spread" (retardo de propagación).
La señal alcanza al receptor por varios camino simultáneamente. Supóngase que la diferencia de distancia recorrida sea tal que ambas señales lleguen en contrafase, entonces tenderán a anularse. Supongamos también que la diferencia de caminos fuera 300m. Esa distancia adicional produce un retardo entre la señal directa y la reflejada de 1 microsegundo, bien, entonces para una frecuencia de 300 MHz, cuya longitud de onda es 1m entran 300 ondas en 300 m, para una frecuencia de 301 MHz, en 300 m entrarán 301 ondas exactamente, quiere decir que también se producirá una anulación en esa frecuencia, lo mismo en 302; 303, etc., cada 1 MHz, note que 1/1 us = 1 000 000.
Entonces para retardos de 1uS podemos esperar que esa reflexión provoque un "pozo" cada 1 MHz (con ese corresponsal en particular). Con otro retardo el fenómeno se repetiría cada distinto intervalos. Esto debe tomarse con cuidado porque existiendo la posibilidad de reflejos múltiples, averiguar cómo se presentan las diferentes situaciones particulares.
Puesto que el cable de cobre se oxida en la intemperie, ¿conviene utilizar cable aislado para la antena?
No es necesario. El óxido de cobre tiene mucha resistividad en radiofrecuencia debido a su alta permeabilidad magnética, por lo tanto se comportará como una capa aislante, por eso siempre se ha utilizado alambre para esa finalidad. La verdadera conducción se efectúa en el cobre no oxidado que se encuentra inmediatamente debajo de la delgada capa de óxido aislante superficial (sucede exactamente lo mismo con el aluminio que se oxida de inmediato en contacto con el aire).
Esa también es la razón por la cual no conviene platear el alambre. La plata es muy conductora porque en contacto con la atmósfera se forma un sulfuro que no es buen conductor ni buen aislador, entonces la corriente tiende a circular por la capa resistiva (por efecto pelicular) originando pérdidas (no es tan resistiva como la capa de óxido de cobre). Si se quiere emplear alambre plateado hay que aislarlo de la atmósfera para evitar la formación de esta capa.
Conviene utilizar cable aislado como precaución si la antena puede tomar contacto con otros conductores, especialmente si los mismos transportan energía de línea domiciliaria, pero hay que tomar los recaudos necesarios para que no se oxide parcialmente (sellarlo) y estar seguros que la cubierta plástica cumpla bien ese cometido. Un alambre de cobre poco oxidado, no es tan bueno como uno limpio o uno totalmente oxidado. Como material aislante conviene el PTFE (caro y difícil de conseguir, comercialmente se lo conoce con una marca de una empresa que me reclamó por usarla en este sitio y que es muy conocida por sus trapacerías...), luego el polietileno resistente a los rayos ultravioletas (negro), mas no PVC blando porque tiene mucha pérdida dieléctrica. Estos consejos también son válidos para las líneas abiertas.
Entonces ¿porqué se platean los componente en los buenos equipos?
Se utiliza plata cuando puede protegerse la misma de la oxidación, por un lado porque produce una leve mejora respecto del cobre limpio y porque cuando está oxidada es mucho mejor conductora que el cobre levemente oxidado u otros materiales. También es usual platear conectores porque el oxido de plata, que es conductor, no provoca falsos contactos en las uniones como lo hace el cobre oxidado o el níquel.
Me han dicho que no utilice alambre de hierro para mis antenas. Yo he visto en una tabla que su resistencia es tan alta como la del estaño que recubre a las bobinas de buena calidad entonces ¿porqué no usarlo?
La razón es sencilla. La tabla que seguramente ha visto indica la resistencia a la corriente continua, que efectivamente es parecida, pero la resistencia en radiofrecuencia está determinada por el llamado "efecto pelicular" que hace que la corriente tienda a circular exclusivamente por la superficie del alambre aumentando mucho su resistencia. El efecto pelicular es muchísimo más intenso en el hierro que en el estaño debido a su alta permeabilidad magnética. Por la misma razón no es conveniente emplear el acero inoxidable en los conductores empleados en RF, los cuales naturalmente incluyen todas las antenas. A pesar de ello un alambre de hierro galvanizado (cincado) puede desempeñarse bien mientras la capa de Cinc permanezca, porque por efecto pelicular la corriente tenderá a circular por el exterior de alambre que no es de Hierro, sino de Cinc.
Con el mismo concepto, pueden emplearse alambres de acero cobreados para obtener resistencia mecánica a la par que una baja resistividad eléctrica. Tal material se conoce como "Copperweld".
¿Qué antena me conviene emplear en mi estación móvil de VHF, una 5/8 o una de 1/4 de onda?.
En la estación móvil, pudiera ser conveniente emplear una antena de 5/8 o una de 1/2 onda. A una altura tan baja como el baúl o la gotera de un automóvil, los lóbulos de radiación de una antena de 5/8 son algo más bajos que los de una 1/4 de onda, aunque hay que tener presente las pérdidas asociadas al circuito de adaptación.
Para un análisis detallado de esta cuestión le recomiendo visitar el excelente sitio de L. B. Cebik, W4RNL en: http://www.cebik.com/gp/58.html
¿Se obtiene el mismo resultado con una antena de 10 dB de ganancia en 50 MHz que con una de igual ganancia en 144 MHz?.
No. Aunque la ganancia de las antenas sea la misma la energía que pueden captar es muy diferente. La ganancia se mide comparándolas con una antena de referencia en su frecuencia de trabajo, pero, a medida que esa frecuencia aumenta, las antenas son más pequeñas (inclusive las de referencia), entonces, la energía que pueden interceptar las más pequeñas es menor que las que interceptan las más grandes. Si usted recuerda que la energía que transporta una onda electromagnética puede expresarse en Watts por metro cuadrado, advertirá de inmediato que las antenas pequeñas "captan menos" porque su superficie es menor. Esto implica que, a medida que aumentamos la frecuencia, a una antena sencilla, tal como un dipolo le resulta más y más difícil sustraer energía y se hace necesario emplear antenas "con ganancia", pero el precio que se paga por la ganancia adicional necesaria es una mayor directividad. Para obtener buenos resultados en sistemas omnidireccionales (en realidad isotrópicos) es conveniente reducir la frecuencia de operación.
Para ampliar conceptos, ver en este mismo sitio el artículo Esa antena no es tan difícil...
Por ejemplo, una antena dipolo para 144 MHz puede recoger del espacio una energía ¡nueve veces menor que una de 50 MHz...!
Un alambre de 40 m alimentado al extremo ¿puede considerarse una antena de hilo largo?
Un alambre de 40m de longitud será una antena de hilo largo solamente si los 40 m representan varias longitudes de onda a la frecuencia de trabajo, por ejemplo, en la banda de 10 m. En cambio para la banda de 80m, simplemente será "un dipolo de 1/2 onda". Para ser considerado un "hilo largo" la longitud tiene que ser como mínimo superior a 1/2 onda a la frecuencia de trabajo.
¿Es necesario que la antena sea "resonante"?
No, y en oportunidades ni siquiera es conveniente... (una antena de 5/8, es un buen ejemplo de antena no resonante, también la conocida G5RV, las rómbicas, las de "hilo largo", etc.) Una antena "resonante" tiene propiedades que pueden ser ventajosas en algunos casos, pero no hay nada mágico ni especialmente útil en su resonancia. Emplear una antena de 1/2 onda, alimentada en el centro, resonante, resulta conveniente por su fácil adaptación a una línea de 50 o 75 ohms.
¿Es verdad que una antena "multibanda" es peor que una "monobanda"?
No, una cosa no tiene relación directa con la otra. A título de ejemplo, una antena de 1/2 onda para 40 m es una antena de una onda para 20 m y de 3/2 ondas para 21 MHz, si se las sintoniza convenientemente el sistema es efectivamente multibanda y muy eficiente. Habrá diferencias en sus respectivos diagramas de radiación lo que, en algunas ocasiones resultará favorable y en otras no. También una antena de "hilo largo", una rómbica o una log periódica son buenos ejemplos de efectivas antenas multibanda.
¿Cuándo es mejor emplear una antena de polarización vertical que una de polarización horizontal?
Fundamentalmente cuando no es posible emplazar la antena a suficiente distancia de la tierra (en términos de longitudes de onda); por ejemplo, en el caso de una antena instalada en un vehículo y en HF será más conveniente emplear antenas con polarización vertical. La reflexión en tierra de la señal proveniente de una antena horizontal produce un campo cuya fase es opuesta a la de la antena que tiende a cancelar la señal irradiada. En cambio, con polarización vertical dicho campo tiende a sumarse. De allí la ventaja de operar a baja altura con verticales convencionales o "antenas de cuadro" (magnetic loop). En general esto es cierto en el espectro de HF. En VHF ya no importa tanto porque una antena dipolo casi siempre está a buena altura (en términos de longitudes de onda ) a alturas físicas fácilmente obtenibles.
La radiación en ángulos muy bajos de una típica vertical en HF es más notable en terrenos muy conductores, sobre agua salada, o con altas constantes dieléctricas como en agua dulce, cuando los terrenos son malos conductores la radiación en ángulos muy bajos se deteriora considerablemente.
¿Es cierto que la onda se "despolariza" al atravesar la ionosfera?
No. Una onda electromagnética siempre tiene una polarización, aunque más no sea una "polarización instantánea". De acuerdo al camino seguido en la ionosfera la onda cambie suele cambiar su polarización original en forma aleatoria, frecuentemente la polarización lineal se convierta en elíptica, de esa manera no se sabe a priori con qué polarización arribará a destino, en este sentido la polarización de la señal recibida es imprevisible, pero desde luego en un determinado instante será vertical horizontal u otra.
¿Es cierto que una antena vertical tiene un ángulo más bajo de radiación que un dipolo horizontal y por eso funciona mejor para DX?
Si. Pero eso es cuando se habla de una antena vertical a nivel del suelo... sobre todo cuando los suelos de la zona tienen buena conductividad y/o alta constante dieléctrica. Es muy apropiada para DX (siempre que disponga de un buen sistema de radiales para obtener buen rendimiento en trasmisión) porque un lóbulo de radiación vertical bajo suele favorecer esos comunicados (aunque a expensas de los locales).
Miguel Ricardo Ghezzi - LU6ETJ - Argentina..
LW8DJW BBS 145070 mhz BUENOS AIRES ARGENTINA GF05TH OPERADOR: JORGE M LOPEZ Mail jorgelopez07@hotmail.com |
