UNION ENTRE LA ANTENA Y EL RECEPTOR
La máxima transferencia de energía entre un generador y su carga se logra cuando ambos tienen la misma impedancia. Podemos considerar a la antena de recepción como un generador y nuestro receptor como la carga de esa antena. Por tanto, la línea que los une deberá tener un valor igual a ambos.
La forma más simple de unirlos es cortar una antena de media onda por la mitad (en su centro hay 73 Ohms), colocar un cable coaxial de esta misma impedancia y conectar el otro extremo a la entrada normalizada del receptor. Pero lamentablemente no siempre es así, existen muchos receptores que no se ajustan a las normas internacional de comunicaciones, como muchos receptores comerciales que llevan incorporada una simple antena telescópica y carecen de conexión para antena externa.
Figura 3
Hay muchas formas de conectar correctamente una antena y mejorar el rendimiento del receptor. Como ya se ha dicho, la base de toda antena es la antena Hertz. De las innumerables variantes de ella, en el grafico se representan tres:
Figura 4
Cuando se posee un receptor con conexión coaxial normalizada, con enchufe de antena tipo BNC, RG, o de T.V. (todos ellos concéntricos), la impedancia será en la mayoría de los casos de 73 ohm.
Si el receptor está dotado de tres conexiones, una de ellas marcada tierra y con posibilidad de hacer un puente entre ella y la adyacente, lo más probable es que sea de 300 ohm, y si sólo tiene dos conexiones marcadas antena y tierra, el receptor está diseñado para antena de alta impedancia (1.600 ohm).
Una antena alcanza su máximo rendimiento cuando, además de lo dicho anteriormente, coincide en ella la mitad de la longitud de la onda que se recibe. A medida que en más o menos se aleja de la frecuencia a que ha sido calculada, perderá efectividad, aunque funcionará de manera satisfactoria a una frecuencia tres veces superior sin sufrir cambios notorios en su impedancia
Ejemplo: para la recepción de la banda comercial de 31 mts. la antena tendrá una longitud de:
142,5 / 9,64 = 14,78 mts.
Siendo también eficaz en la frecuencia de 28,92 Mhz (9.64 x 3).
El ancho de banda de una antena de media onda suele ser de unos 700 Khz en recepción, o sea, que la antena del ejemplo servirá para frecuencias entre 9,29 y 9,99 MHz en fundamental y entre 28,57 y 29,27 en su tercer armónico.
Es deseable poder sintonizar un amplio espectro de frecuencias sin que tener que cambiar constantemente de antenas, para ello hay “trucos” varios.
Se pueden conectar dos o más antenas con la misma bajada coaxial tal como se ilustra en la figura 5.
La impedancia de la línea se verá algo afectada pero no se apreciarán cambios en la recepción de la señal de radio. Cada sección de media onda se calculará para resonancia en el centro de las diferentes bandas a recibir, teniendo presente que además resonarán en su tercer armónico tal como si fuera independiente, se elegirán frecuencias que cubran la amplitud deseada.
LA ANTENA GROUND PLANE
La antena que aparentemente ocupa menos espacio es la antena vertical. Si se coloca de esta forma una antena dipolo, se podrán recibir señales que provengan de cualquier lugar (la antena se transforma en omnidireccional) y no ocupará tanto lugar como cuando está soportada entre dos postes.
No obstante esas ventajas se requiere bastante espacio para su instalación. La mayor desventaja de las antenas verticales es que son sensibles a las interferencias ocasionadas por aparatos eléctricos o de origen industrial ya que la mayor parte del ruido está polarizado verticalmente.
FIGURA 6
Un dipolo se puede “plegar” de varias maneras y reducir así el espacio ocupado, sin que ello afecte mayormente a su eficacia. Una antena que podemos considerar como plegada es la de plano de tierra o “ground plane” (Fig. 6) llamada asi a causa de los hilos radiales de tierra.
Un lado del dipolo se dobla hasta la horizontal y se le agregan otros tres “radiales” de longitud similar; el elemento central, debidamente aislado de los radiales, puede ser auto soportado y de diámetro generoso (Por ejemplo: un tubo de aluminio), con lo que se tendrá un ancho de banda superior que con otro conductor mas delgado.
La impedancia se hace menor, pero se puede conectar un coaxial de 52 Ohm, aunque ello represente un pequeño desequilibrio que no tendrá importancia en recepción. Una adaptación más exacta se logra inclinando los radiales hacia abajo en un ángulo de 45 grados. De esta forma la impedancia se acerca más al valor normalizado del cable coaxial. La fórmula real de diseño de esta antena es:
Figura 6
Longitud en metros de la porción vertical auto soportada, con un diámetro de 2,5 cm. 70.5 / f en MHZ.
Longitud en metros de cada uno de los radiales, de diámetro indiferente: 72,3 / f en Mhz.
Los radiales deberán estar aislados convenientemente y a una distancia de por lo menos 50 cm. De cualquier superficie. Pueden ser usados como tensores al instalar la antena en lo alto de un poste.
ANTENAS CON BOBINAS
Otra forma de acortar físicamente una antena es intercalando bobinas de carga para mantener la longitud eléctrica (no olvidemos que en una antena debe “caber” ½ onda de la frecuencia a recibir).
Existen fórmulas para calcular estas bobinas y el lugar donde deben colocarse, pero son complejas y la mayoría de las veces deben hacerse modificaciones con ayuda de instrumentos adecuados no comunes que no todos poseemos. A pesar de ello, basándose en la práctica, se han desarrollado fórmulas simples que llevan a unos resultados bastante aceptables.
En una antena acortada conviene intercalar la bobina de carga dentro del 50% a contar desde la conexión de la línea que va al receptor.
Desde este punto hasta cualquiera de los extremos, en una dipolo, cabe ¼ de onda; lo que primero se calculará será este valor de acuerdo a la frecuencia a recibir; Por ejemplo: para el centro de la banda de 31 mts. (Fig. 7):
71,25 / 9,64 = 7,39 mtrs.
Seguidamente se calculará el porcentaje de antena que se quiere usar en relación a la necesaria, por ejemplo: se quiere usar un largo por rama de 2,50 metros en vez de los 7,39 requeridos:
(2,5 / 7,39 = 0,338) x 100 = 33,8 %
Conociendo la longitud de la antena que se quiere usar, se determinará el porcentaje de la posición de la bobina a insertar, por ejemplo a 20 cm de la conexión con el coaxial.
(0,2 / 2,5 = 0,08) x 100 = 8%
Sabiendo estos dos porcentajes se buscará en la tabla I el número que servirá para despejar otras fórmulas.
Al no aparecer en la tabla ninguno de los dos porcentajes escogidos, se tomarán como referencias los más cercanos, siendo en el caso del ejemplo, 35% de acortamiento de antena y 10% para la inserción de la bobina. El número hallado es el 900.
El siguiente paso es averiguar el valor de la inductancia de cada una de las dos bobinas necesarias para acortar el dipolo con ayuda de la siguiente formula:
Número de la tabla / (3,1416 x 2 x f. en Mhz) = inductancia en microhenrios.
900 / (6,2832 x 9,64) = 900 / 60,57 = 14,85 microhenrios.
Figura 7
Queda por saber la cantidad de espiras que serán necesarias para construir dichas bobinas, para ello se consultará la tabla II, la que indica que deberá tener 45, devanadas juntas sobre soporte aislante de 20 mm. Y con hilo de cobre de 1 mm de diámetro.
Si interesa saber la inductancia de una bobina determinada cuyas dimensiones no están en la tabla, se utiliza esta fórmula:
(N x N) x D ) / 1010 x (L / D + 0,45) = Inductancia en mH.
Donde N = número de espiras, D = diámetro de la bonina en mm, L = la longitud del bobinado en mm.
OTRAS ANTENAS
Se han descrito hasta aquí antenas conectadas al receptor por cable coaxial. Como ya se ha dicho, no todos los aparatos de radio poseen este tipo de conexión ni la impedancia propia de un coaxial. Si el recepto está dotado con una hembrilla de antena y otra de tierra, sin especificar nada más, no cabe duda que la impedancia de entrada es alta, por lo que se deberá usar una antena de igual característica. En este caso es indicada la de alimentación directa, siendo el largo de media onda a contar desde la unión al receptor.
Un tipo de conexión comúnmente usado en receptores de tipo económico de diseño americano, es la de tres contactos, uno de ellos con un puente que se puede conectar a voluntad con el terminal central; si tal puente está establecido, se usará una antena de bajada unifiliar de 300 W, ver figura 3.
De no estar establecido dicho puente, debe usarse una antena balanceada también de 300 W. En la figura 8 se representan dos. Tanto la parte horizontal como la línea que va al receptor se construyen con cinta de la usada antiguamente en la bajada de las antenas de T.V.
Esta antena tendrá una longitud ligeramente menos a la que normalmente se daría mediante el cálculo ordinario (140,8 / f. en Mhz en vez de 142,5) debido a la diferencia del factor de propagación del cable a usar. Cortada ya la longitud necesaria para el dipolo, se unirán entre si los hilos de cada extremo; se corta uno de los conductores por su punto central y se sacan las dos puntas de los hilos para conectarlas a la línea de bajada hecha con el mismo material. La anchura de banda de esta antena es superior a la de una construida con un solo hilo en la parte superior; una variante de ella es la representada en B. La parte horizontal se calcula mediante la formula:
Longitud física = 123,1 / frec. En Mhz y cada uno de los laterales = 9,14 / frec. En Mhz.
Esta antena tiene la ventaja de ser algo más corta que el dipolo normal; las porciones de hilo simple pueden estar dobladas hacia adelante o hacia atrás respecto a la dirección del tramo principal.
LA ANTENA MARCONI
Es una antena esencialmente vertical, de sólo ¼ de largo de onda, pero que necesita un dispositivo de transformación de impedancias y una buena toma de tierra. Su impedancia es sumamente baja, alrededor de 7 W. Utiliza la imagen de tierra como mitad de la antena de media onda. La terminación de tierra de este tipo de antenas o de cualquier otro de alimentación unifilar, puede consistir en un hilo aislado, de ¼ de onda de longitud conectado al terminal de tierra y extendido alrededor del zócalo de la habitación donde usualmente se tiene el receptor.
El hilo activo debe instalarse lo más vertical posible en toda su longitud. Para lograr un máximo de efectividad de esta antena, la conexión al receptor se hará a través de un circuito de sintonía auxiliar.
Se ha visto que una bobina, conectada en serie, modifica la sintonía de una antena haciendo que en un hilo corto “quepa” ½ onda. Pues bien, un condensador hace lo contrario.
Si se calcula una antena Marconi a la frecuencia más baja a recibir y se conecta al receptor a través de un condensador adecuado, podrán caber múltiplos de ½ onda de frecuencias superiores, y Si este condensador es variable, tendremos un sistema multifrecuencia ajustable (Fig. 9).
El condensador deberá estar debidamente aislado y encerrado en una caja metálica, y ésta conectada a la toma de tierra del propio receptor.
Figura 9
MULTIBANDA SMITH
Otra antena vertical multifrecuencia, de óptimos resultados según su creador, el inglés T. Smitch, aficionado al diexismo, es la que se representa en la figura 10, se trata de tres bobinas de 6 mH conectadas en serie y separadas entre sí por 70 cm sobre un tubo de plástico de 30 mm de diámetro.
Las bobinas que se devanan directamente sobre el mástil, consisten en 23 vueltas cada una, espaciadas hasta cubrir 7 cm., con hilo de cobre de 0,5 a 1 mm de diámetro. El mismo hilo sirve de enlace entre bobinas pudiendo ser esmaltado, aislado o desnudo. Como protección y fijación se darán unas capas de buen barniz para intemperie.
De soporte se pueden utilizar, sin problema, tubería de PVC rígido de las empleadas en fontanería. Para el remate superior sirve cualquier tipo de conductor, tubo o varilla, sin ser importante su diámetro.
En una próxima publicación se seguirá con este mismo tema abordando las antenas directivas, tanto para L.F. como V.H.F.
Por Rafael Llopis Borrell
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