La antena de 5/8 de longitud de ondaA mí, las antenas verticales me han producido siempre una especial fascinación, a pesar de sus inconvenientes, probablemente debido a su extraordinaria simplicidad. Las antenas sencillas y fáciles de instalar han sido una de las cosas que más me ha gustado probar, seguramente porque me dan mucha pereza los montajes de grandes instalaciones de antenas y siempre me ha parecido mayor desafío comprobar qué se puede hacer con poca cosa. Cuando subimos frecuencia y llegamos a las VHF, descubrimos en seguida las antenas de 5/8 λ, como uno de los modelos más difundidos y populares. Es esencialmente una antena para móvil, y móvil solamente en coche, como quiero demostraros en este artículo. Lo digo, porque es una antena que, si se la saca del contexto del automóvil, se queda sin el plano de tierra metálico indispensable para que sus cualidades destaquen por encima de las del dipolo, y se obtengan los 1,2 dB teóricos de ganancia sobre el dipolo de media onda. El radioaficionado que más pruebas ha efectuado con antenas verticales, entre los que yo conozco, es Jesús Aguayo, EA3WO. Sus pruebas me han ayudado a comprobar y comprender todas las teorías sobre las verticales. Su obsesión le viene de sus aficiones náuticas (que fue su primera profesión). Como buen marino prudente. le preocupa sobremanera el llevar en el barco un equipo en condiciones que le pueda sacar de un apuro y esta «obsesión» se le ha agudizado muy especialmente, desde que la última vez le costó horas conseguir que una estación costera le escuchara. Desde siempre, como buen aficionado, sabía que lo más importante de una estación no es el equipo, sino la antena. Sólo cometió el error de creer que una antena fabricada por una marca americana comercial de prestigio internacional sería garantía suficiente para navegar tranquilo. No había descubierto todavía que, a los marinos, como no son especialistas en comunicaciones, se les acostumbra a dar aún más gato por liebre que a los radioaficionados, que ya es decir. Ahora, afortunadamente lo ha descubierto ya y me ha traspasado toda su experiencia, que puede resumirse en un principio básico: no te fíes ni de tu sombra, y espero que entre los dos consigamos que vosotros tampoco os fiéis. La cuestión es que, tanto las antenas de VHF-marina, como algunas de CB, se fabrican de forma que no marquen ROE en toda la gama de frecuencias de marina de VHF (que abarca nada menos que 8 MHz); y, para conseguirlo, se les hace todas las barbaridades que haga falta: desde poner resistencias que absorban la potencia, hasta acoplamientos con bobinas de grandes pérdidas. Se trata de que no presenten ondas estacionarias al emisor, aunque luego no funcionen mejor que una escoba radiante, si la comparamos con una antena que funciona como Dios manda. Esto no representa ningún problema cuando se trata de jugar con las ondas, como hacemos los radioaficionados, pero no tiene ninguna gracia cuando lo que se trata es de salvar la vida en el mar. La prueba que nos abrió los ojos a Jesús y a mí consistió en experimentar esa antena comercial de 5/8 λ, y compararla con una antena J (figura 1) de construcción casera o sea «made in HOME». En un medidor de campo de las proximidades, la antena de 5/8 λ, que llamaremos comercial (figura 2) daba una señal que nos costó encontrar en el medidor cuando se ajustaba a mínima ROE.
Yo ya le decía a Jesús, que no se podía uno fiar de la 5/8 λ, pues es una antena muy traidora en VHF, al exigir una adaptación especial en la base de la antena que compense su falta de resonancia. Y que sus propiedades mágicas (ganancia de 1,2 dB, según los optimistas) sólo se pueden explicar claramente cuando trabaja con un verdadero plano de tierra auténtico y metálico (por ejemplo, un coche), pero no están nada claras cuando se la instala con plano de tierra artificial de, por ejemplo, dos o tres radiales de cuarto de onda. En la antena de 5/8 λ de Jesús, nos imaginamos que la antena alcanzaba la resonancia fuera de ROE 1:1 y que lo que había que hacer era ajustar el condensador variable ajustable, mirando el medidor de campo y no la ROE. ¿Lo creeréis si os digo que la señal subió como 10 dB o más, cuando el ajuste lo hicimos mirando el medidor de campo y no la ROE, que se puso en 3:1. Pero, a pesar de todo, cuando comparamos el campo radiado por esta antena de 5/8 λ, ya bien ajustada, con el de una antena J, el resultado era dramático. La J daba todavía 10 dB más que la 5/8 λ. ¿Cuál podría ser la causa de esta diferencia tan increíble? Pues que la adaptación de la 5/8 λ se hacía por medio de un circuito resonante con bobina y condensador que debía haber sido ajustado mirando la ROE Probablemente la toma en la bobina no estaba bien hecha y, cuando se ajustaba a mínima ROE, la antena y el circuito no estaban en resonancia. Sin embargo, cuando se ajustaba con un medidor de campo, se veía que la antena entraba en resonancia, pero con una ROE de 3:1. La toma era imposible cambiarla porque la bobina estaba enmasillada. ¿Y cómo se explica la diferencia tan enorme con una antena J, que es un radiante de media longitud de onda solamente o sea sólo 4/8 λ, es decir ligeramente más corta que la 5/8 λ? A mi juicio, se debe a que la adaptación de la antena J se efectúa por medio de una línea de cuarto de onda resonante a la frecuencia, y por consiguiente con unas pérdidas despreciables. En cambio, la adaptación de la 5/8 λ se conseguía. concretamente en esa marca. con una bobina, cuyas pérdidas en 144 MHz deben de ser astronómicas, como lo demuestra la diferencia en el campo radiado en relación con la J. En muy alta frecuencia (VHF), toda antena a la que se le ponga una bobina queda arruinada, porque las pérdidas en la misma se comen todo lo que le eches; y, si encima la adaptación se efectúa con una bobina, pues eso es una estufa que calienta aire, en vez de una antena que radia. Ni que decir tiene que Jesús lleva ahora en el barco una antena J. Realmente ha construido una variante que aún va mejor para marina y que es la antena que se llama SLIM JIM (figura 3) y que tiene la virtud de ser mucho más ancha que la J, y por consiguiente da un ajuste de ROE mínimo en una banda de frecuencias mucho más amplia que la J, por lo que es más adecuada para marina, en que el ancho de banda es muy considerable.
La antena J es un dipolo de media onda acoplado por un extremo en alta impedancia, por medio de un tramo en U de un cuarto de onda de longitud (ya doblado), que también es resonante a la frecuencia de trabajo. Tanto el radiante de media onda, como el tramo de acoplamiento de 1/4 λ son resonantes y hay que ir con cuidado, pues debemos ajustar ambos a la frecuencia de trabajo, para garantizar una ROE mínima y su adaptación al cable coaxial. La antena se ajusta desplazando el cable coaxial a lo largo de la U de un cuarto de onda, que es resonante a la frecuencia y presenta una impedancia resistiva entre dos puntos cualesquiera simétricos de cada rama. En cambio, si nos acercamos hacia las puntas de la U, la resistencia sube rápidamente. Si bajamos hacia el fondo de la U, la resistencia disminuye hasta el valor cero. Si surge algún problema de forma que la ROE mínima no sea 1:1, hay que pensar que falla la resonancia de alguno de los dos componentes de la antena. Mejor es tocar solamente uno de los dos: la unidad de 1/4 de onda adaptadora en U. Recortando la punta libre de la U, será fácil conseguir seguramente una resonancia definitiva que permita encontrar en la U dos puntos paralelos que den una ROE más baja y cercana a 1:1. Lo que da ganancia y mayor directividad a las antenas elementales, en relación al dipolo, es que tengan una mayor longitud radiante con la misma corriente en fase, que la media onda de un dipolo. En cuanto a la antena de 5/8 λ tiene una distribución de corrientes muy rara (figura 4) , pues hay un tramo de 1/8 λ que trabaja en contra de otro 1/8 λ y podríamos decir que tiene una longitud radiante efectiva de sólo 3/8 λ, o sea inferior a la del dipolo vertical de media onda o 4/8 de longitud.
¿De donde le viene pues esa supuesta ganancia sobre el dipolo a la antena de 5/8 λ? El único medio de que una antena de 5/8 físicos, o sea 3/8 reales radiando en fase, se comporte mejor que un dipolo de 1/2 λ o 4/8 λ es teniendo en cuenta el efecto de un plano de tierra conductor debajo de la 5/8 λ (3/8 λ) en su base, plano que puede ayudar con su reflexión a bajar el ángulo de radiación de esta antena (figura 5). Eso descarta que el mismo efecto se consiga con dos o tres radiales, puesto que estos se limitan a comportarse como contraantena eléctrica y no sirven de plano reflector, lo que refuerza mi opinión de que esta antena no debe utilizarse fuera del contexto de un móvil metálico, como es un coche, y que debe evitarse su utilización en otros lugares, como por ejemplo un barco, en el que actualmente no acostumbra a haber masas metálicas debajo de la antena.
Por su parte, la antena de media onda o 4/8 λ no suéle instalarse con plano de tierra natural conductor, sino que puede funcionar sin contraantena o sea sin radiales, puesto que las corrientes se generan en un circuito resonante y se propagan hacia el radiante (figura 7).
El precio que hay que pagar por mejorar el ángulo de radiación con la 5/8 λ es que la antena no es resonante y hay que adaptarle la impedancia al cable coaxial de alguna forma artificial, para conseguir hacerla resistiva y de 50 ohmios igual a la del cable coaxial. Una de las formas posibles, es añadirle en la base un trozo de coaxial cortocircuitado que introduzca una reactancia igual y opuesta a la que genera la antena (figura 6).
Otra forma, la más usual. es instalarle un circuito resonante igual al de las antenas de media onda, circuito que resonará con la reactancia combinada de antena, bobina y condensador, con lo que tenemos el diseño de la antena comercial comentada al principio (figura 2) . Este es el sistema que debemos evitar, pues las pérdidas en la bobina pueden ser enormes en VHF, a menos que la bobina sea un tubo en el aire como en la de la (figura 8).
Evidentemente que algunos fabricantes no tienen en cuenta estos factores y comercializan productos que no son óptimos para lo que nosotros estamos acostumbrados. Recordaréis que se comentó hace algún tiempo que salían anuncios de acopladores mágicos que servían para adaptar antenas dipolos de cualquier longitud a cualquier frecuencia, en una caja cerrada parecida a un balun. que se situaba en el centro del dipolo, sin ningún mando exterior. La ARRL demostró en sus laboratorios que dentro de una de ellas había unas resistencias de carga que absorbían toda la potencia y garantizaban una ROE de 1,1:1 en todo el espectro de 1 a 30 MHz. Una maravilla de acoplador de antena. Lo que no absorbía la resistencia, lo radiaban los hilos de la antena, con una eficiencia del 1 al 2 %. Recordad que la eficiencia es el porcentaje de lo que se radia efectivamente y comprenderéis por que no la recomiendo. Ahora he oído hablar de un dipolo japonés que realiza lo mismo con un balun de ferrita que imagino debe absorber el 90 % de la potencia radiada. También se da el caso de antenas de media onda para 27 MHz que llevan la disposición comentada de un circuito resonante con bobina en la base, y que, para conseguir una respuesta plana en toda banda de 27 a 28 MHz, le añaden una resistencia en paralelo, de forma que no presente potencia reflejada, en base a lo que absorbe la resistencia. Por eso insisto en que no es recomendable una antena de media onda vertical, sino es bien visible una espira en la base de tubo que constituya el circuito resonante de acoplamiento, pues todas las que lleven una bobina encapsulada tendrán graves pérdidas. No os fiéis de las antenas que hacen maravillas inexplicables. Lo más probable es que sean camelo. También los hay en el campo de las telecomunicaciones. |
