Antenas Verticales y Horizontales
Existe una serie de dudas y de interrogantes, comunes a un gran número de aficionados: ¿Es comparable una buena instalación de antena vertical, con una rotativa?
¿Qué resultados da el dipolo doblado? ¿Es preferible a una vertical? ¿Es cierto que una vertical eficaz debe tener radiales? ¿Cuál es la mejor forma de adaptar una antena vertical a la línea coaxil? Si instalo una antena vertical en el techo de mi casa ¿qué buena tierra se recomienda? ¿Qué tal son las antenas verticales con bobinas trampa?
Las antenas verticales resultan atrayentes al aficionado medio, debido a que por lo general carecen de espacio para instalar antenas de gran tamaño como hilos largos, doble zeppelín y otras para las bandas más bajas de hf.
Aunque una antena rotativa requiere poco espacio libre y puede montarse sobre una torre pequeña, una antena de este tipo cuesta mucho mas que una vertical y en algunos lugares no funciona tan bien.
Una única antena vertical es multidireccional (nótese lo de multidireccional ya que la palabra omnidireccional seria mas apropiada para el radiador isotrópico que es solo para usos teóricos porque en la practica este tipo de antena no existe)
La rf emitida por la antena vertical es polarizada verticalmente y cuando la transmisión de onda de tierra es una necesidad (especialmente en el espectro de media y baja frecuencia) la antena vertical resulta ideal.
Sin embargo, las antenas polarizadas horizontalmente como los dipolos, las antenas direccionales y otras son preferibles en estas frecuencias, porque son menos receptoras del QRN polarizado verticalmente y producido por el hombre (motores, generadores, sistemas de encendido de automóviles y muchos tipos de artefactos domésticos).
Cuando se usan frecuencias superiores, que dependen de la propagación por onda espacial para la comunicación a larga distancia, puede emplearse ya sea la transmisión vertical u horizontal, con muy poca diferencia.
Las ondas de alta frecuencia reflejadas en la ionosfera generalmente llegan polarizadas elípticamente, de manera que un aficionado puede usar indistintamente sistemas horizontales o verticales.
Para trabajos en vhf y uhf donde la línea visual es la regla y no la excepción, las ondas emitidas llagan a nuestra antena como fueron polarizadas originalmente por una antena vertical u horizontal, de manera que la antena receptora para captar con máxima señal debe tener la misma polaridad que la antena transmisora.
Horizontales versus Verticales
Tanto las antenas verticales como las horizontales tienen ventajas y desventajas inherentes, según sea la frecuencia usada y el modo de transmisión empleado.
La antena horizontal es la menos afectada por una ubicación cercana a torres, edificios, árboles, etc.
La antena vertical requiere poco espacio para su instalación en comparación con la antena horizontal.
Para trabajo en 160,80 y 40 mts. es difícil superar a la antena vertical bien diseñada .
Pero para la mayoría de los radioaficionados la antena vertical debe ser del tipo " abreviado" y emplear trampas o bobinas de carga, porque las antenas verticales largas presentan dificultades mecánicas.
Con el fin de que la antena vertical funcione adecuadamente, debe ir instalada sobre una buena tierra conductora o usarse radiales para aumentar la potencia irradiada esto es especialmente aplicable a las antenas verticales de cuarto de onda.
Para el uso general multibanda la antena vertical, debido a las limitaciones físicas de la altura no funcionara tan bien como por ejemplo un dipolo multibanda.
La antena Vertical de cuarto de onda
Debido a la reflexión de tierra, la antena vertical conectada a tierra parece como una antena de medio largo de onda, suministrando la tierra el cuarto de onda adicional, siempre que tenga una baja resistencia.
La resistencia de radiación de la antena vertical común de un cuarto de onda es de unos 36 Ω y a medida que se reduce la altura física sucede lo mismo con la resistencia de radiación.
Hay que recordar que la corriente que fluye por todo el circuito de la antena y la resistencia total de la irradiación, determinan la cantidad de potencia irradiada.
En la instalación, vertical conectada a tierra, hay que recordar que la tierra es parte del circuito de la antena y que (según sea la resistencia) tiene una gran influencia sobre la cantidad de corriente que fluye en la antena propiamente dicha.
En las bandas mas altas 10, 6 y 2 mts. no es imposible mecánicamente una antena vertical de cuarto de onda .
Sin embargo en los 80 mts. una vertical de cuarto de onda tiene aproximadamente 21,3 mts. de alto.
Puede verse fácilmente que el armado de una antena de esta altura no resultará tarea fácil.
De manera que como hacer que una antena vertical funcione correctamente en la banda de los 80 mts. ?
Bien esto involucra la eliminación de toda la elevada reactancia capacitiva que podamos, cuando usamos una antena corta de 3/8 de largo de onda o menos y en hacer que la antena que usamos sea eléctricamente equivalente a un cuarto de largo de onda y resonante a la frecuencia deseada.
Agregando inductancia concentrada en la forma de una bobina de carga, aumentamos la longitud efectiva de la antena y podemos así hacerla resonar a frecuencias menores.
Verticales Tipo Trampa
Otras consideraciones
Si una antena Hertz se hace de medio largo de onda de longitud, la tensión entre la base y tierra será aproximadamente tres veces mayor que la de la antena vertical de cuarto de onda.
La alimentación de la antena vertical de cuarto de onda puede efectuarse como se ilustra en la figura 1, en la figura 2 aparece el modo para alimentar la antena vertical Hertz o aislada en la base la cual es la de uso mas popular entre los aficionados y mas para uso móvil.
La altura eficaz de una antena vertical de cuarto de onda es de alrededor de 0,6 de su longitud física y en 1/8 de largo de onda, la altura eficaz se reduce a alrededor de 0,5.
Si acortamos la antena por debajo de 0,5 se producirá una gran reducción en el rendimiento total.
La mayoría de las antenas verticales de cuarto de onda se hacen funcionar de acuerdo al tipo Marconi, es decir
se conectan a tierra directamente o con un circuito sintonizado en serie .
Para vencer los efectos de la alta resistencia de tierra y de la conductividad deficiente, se usan radiales o deberían usarse en la instalación de radioaficionados común.
En las antenas verticales cundo se instalan sistemas radiales de un cuarto de onda de largo, tendrán un desempeño mucho mayor .
Si los radiales se entierran unos 30 cm dispuestos en la forma de una rueda con rayos, con el centro conectado al punto de tierra vertical se obtendrá un sistema de tierra de resistencia casi cero.
El sistema radial puede instalarse por encima del suelo en caso que el terreno sea liso y parejo.
Los radiales en forma de rueda se tienden simplemente sobre el suelo debajo de nuestra antena y se afirman bien con estacas metálicas o jabalinas.
Si se usa una antena vertical no conectada a tierra (llamada algunas veces Hertz) debe ir montada sobre aisladore .
El aislador debe tener buenas propiedades aislantes porque existe una alta tensión entre la base de la antena y tierra.
La mayoría de las antenas móviles son auto-resonantes en los 10 metros, porque tienen un cuarto de largo de onda.
Para funcionamiento en las bandas de menor frecuencia, generalmente se usa una bobina de carga.
Cada vez que queremos ir a una banda distinta con esa antena, debemos o bien usar una bobina distinta para cada banda o usar una bobina variable en caso que se la use.
La antena móvil término medio para todas las bandas no resulta muy eficaz en las bandas más bajas.
Para la instalación hogareña resulta práctica una vertical de unos 6 mts. de alto y usando la bobina con la inductancia adecuada (generalmente en su base ) podemos trabajar con cierto éxito en la mayoría de las bandas de radioaficionados .
Una antena vertical que tiene un cuarto de longitud de onda exacto puede alimentarse generalmente en forma directa con cable coaxil de 50 Ω , una adaptación mejor seria la mitad de esto o sea dos cables de 50 Ω en paralelo .
Durante los últimos años hemos visto el uso cada vez mayor de las antenas verticales con trampas.
Esta antena permite el funcionamiento multibanda con r.o.e. bastante buena.
Sin embargo, como ya hemos señalado antes cualquier antena con bobinas trampa, ya sea una vertical, una direccional o un simple dipolo para 40 y 80 mts con bobinas trampa debe ser necesariamente una antena de compromiso, siendo las principales consideraciones el rendimiento y practicidad.
La antena vertical con trampas consiste en secciones de inductor - capacitor sintonizados en paralelo e instaladas permanentemente (trampas) en serie con secciones verticales de caño de aluminio.
Si se diseña en forma tal de hacer un uso máximo de la longitud mecánica disponible de la antena vertical para la irradiación en cada banda.
La antena vertical con trampas debe montarse lo mas alta posible por lo cual funcionara muy satisfactoriamente sobre la tierra, siempre que no sea encerrada por arboles, edificios y otras instalaciones próximas.
A medida que se aumenta la longitud de una antena vertical, se reduce el ángulo de irradiación.
Esto se debe a que las líneas de corriente son mayores en la parte mas alta de la antena, concentrando así mas energía en el plano original.
Siempre que las líneas de corriente se desplazan hacia arriba en una antena vertical, es de esperar una mejor irradiacion.
Las líneas de corriente pueden desplazarse colocando capacitancia o inductancia concentrada en la base de la antena vertical, aumentando su longitud mas allá de un cuarto de onda de largo, o terminando la porción vertical en una configuración superior plana .
La antena L invertida de parte superior plana, no es muy conocida por los radioaficionados si bien han escuchado hablar de ella.
Las líneas de corriente de esta antena están en la parte mas alta de todo de la porción vertical recta, con el resultado de que ostenta un gran rendimiento de irradiación.
En general la antena vertical es una buena antena y debe ser probada por todos aquellos que tienen poco espacio donde montar su antena.
Si se la alimenta adecuadamente y se provee una tierra o sistema de radiales adecuados o lo mejor que este a nuestro alcance, funcionara maravillosamente bien.
Hasta aca una mirada muy por encima de las antenas verticales esperando que este articulo pueda ser de ayuda o inspirar a los colegas a tomarse un fin de semana para probar armar una antena vertical, con lo cual puede ser una alternativa para muchos que no disponen de espacio suficiente para montar otros tipos de antenas .
A su vez con todo esto es mi deseo mantener el espíritu de los viejos radioaficionados de experimentar y armarse uno mismo la mayoría de los equipos o complementos para nuestra propia estación mas aun cuando cada vez hay menos colegas activos en radio ya sea por lo que es el avance de internet y otros medios de comunicación.
Bibliografia Consultada
Edmund A. Laport Chief Engineer RCA " Radio Antenna Engineering "
Jerry Sevik W2FMI " The ground image-vertical antenna "
John Devoldere ON4UN " Low Band DXing "
William I. Orr W6SAI y Stuart D. Cowan W2LX " Vertical antennas "
Marian Anderson WB1FSB " Build This Novice Four Band Vertical "
Frank Travanty W9JCC " Tower and Antenna Loading as a function of Height "
Rudy Severns N6LF " Verticals, Ground Systems and Some History "
Paolo Fallini CX2UA
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