| VADEMECUM REMER |
| Datos de interés para la instalación de una estación de aficionado |
Consideraciones sobre los sistemas radiantes
| Consideraciones sobre los sistemas radiantes |
Seguridad
Para instalar un sistema de antenas lo primero que se debe tener en cuenta es la seguridad.
Una antena o línea de transmisión no se debe instalar nunca por encima de las líneas de distribución de energía eléctrica. Una antena vertical no se debe situar nunca donde se pueda caer sobre las líneas eléctricas. Si las líneas de energía entran en contacto con la antena puede haber peligro de electrocución.
Las antenas deben instalarse lo suficientemente altas por encima del suelo para garantizar que nadie pueda tocarlas. Cuando el transmisor se activa, la elevada potencia que se transfiere a los extremos de una antena podría causar la muerte o producir graves quemaduras de RF a quien la toque.
Por razones de seguridad, es necesaria una conexión a tierra y el cable utilizado con ese fin debe ser un conductor de tamaño equivalente a un cable de 2,75 mm de diámetro como mínimo. El cable de aluminio pesado utilizado para las tomas de tierra de las antenas de televisión es satisfactorio. La malla de cobre de 20 mm de ancho es también apropiada. La conexión de puesta a tierra podría realizarse en un sistema metálico de tuberías de agua en el armazón metálico subterráneo del edificio, o en una o varias varillas subterráneas de 15 mm de diámetro llevadas a una profundidad de 2,5 metros como mínimo.
La instalación de la antena a veces requiere que una persona suba a una torre, un árbol o un tejado. Trabajar solo no es seguro. Cada movimiento debe planificarse con antelación. Una persona subida en una escalera, torre, árbol o tejado debe llevar siempre un cinturón de seguridad y asegurarse de estar bien atado. Antes de utilizarlo, se debe comprobar minuciosamente que el cinturón de seguridad no tiene cortes ni zonas desgastadas. El cinturón facilitará la instalación de la antena y, al mismo tiempo, evitará caídas accidentales. Es también muy importante que en el equipo personal de seguridad se disponga de un casco duro y gafas de seguridad.
Las herramientas no deben llevarse en la mano mientras se está subiendo, sino que se deben colocar en un cinturón de herramientas. Una cuerda larga que llega hasta el suelo debe sujetarse al cinturón y puede utilizarse para levantar otros objetos necesarios. Es útil (y seguro) atar cuerdas ligeras de peso a todas las herramientas. Ello ahorrará tiempo en recuperar las herramientas caídas y reducirá los riesgos de herir al ayudante en tierra.
Los ayudantes en tierra no deben permanecer directamente debajo de la instalación que se está realizando. Todos los ayudantes en tierra deben llevar cascos y gafas de seguridad para protegerse. Incluso una pequeña herramienta pueda causar daños si se cae de una altura de 15 ó 20 metros. Un ayudante debe observar siempre con atención la obra que se realiza en la torre. Si es posible, un observador con la única obligación de vigilar los posibles peligros debe colocarse para ver correctamente la zona de trabajo.
Ubicación de la antena
Después de juntar los componentes de la antena se debe seleccionar un buen lugar para instalarlos. Se ha de evitar la instalación de la antena en paralelo cerca de líneas eléctricas o telefónicas pues, de no ser así, se podrían producir acoplamientos eléctricos indeseados que darían lugar a un ruido de línea eléctrica en la estación receptora o que la señal transmitida aparezca en las líneas de energía o telefónicas. Se debe evitar la instalación de la antena cerca de objetos metálicos, tales como alcantarillas de drenaje, varillas metálicas, revestimiento metálico o incluso una instalación eléctrica en el ático de un edificio. Es posible que los objetos metálicos actúen como blindaje de la antena o modifiquen su diagrama de radiación.
Polarización de la antena
La polarización se refiere a la característica del campo eléctrico de una onda radioeléctrica. Una antena paralela a la superficie de la tierra produce ondas radioeléctricas de polarización horizontal. Una antena perpendicular a la superficie de la tierra (a un ángulo de 90°) produce ondas polarizadas verticalmente.
La polarización es más importante en la instalación de antenas de ondas métricas (VHF) y ondas decimétricas (UHF). La polarización de una señal de ondas métricas o decimétricas terrestres no suele cambiar de una antena transmisora a una antena receptora. Las estaciones transmisoras y receptoras deben utilizar la misma polarización. La polarización vertical se utiliza normalmente para explotaciones móviles de ondas métricas y decimétricas y en particular para transceptores portátiles, de vehículos y estaciones de base.
Para comunicaciones ionosféricas en ondas decamétricas, las señales radioeléctricas suelen rotar en la ionosfera y por consiguiente se pueden utilizar antenas con polarización horizontal o vertical con casi los mismos resultados. En recepción, se prefieren antenas con polarización horizontal ya que suelen rechazar los ruidos artificiales locales que suelen tener polarización vertical.
Las antenas verticales proporcionan radiaciones en ángulos bajos pero hacia arriba presentan un valor nulo (no emiten energía). Ello hace que sean adecuadas para trayectos de ondas ionosféricas más largos que precisan un ángulo de emisión bajo y no se recomiendan para trayectos de ondas ionosféricas de incidencia casi vertical de 0-500 km aproximadamente.
Sintonía de la antena
La longitud de una antena expresada por una ecuación es sólo una aproximación. Los árboles cercanos, los edificios o los objetos de metal grandes y la altura por encima del suelo afectan a la frecuencia de resonancia de una antena. Un medidor de relación de ondas estacionarias (ROE) puede servir para determinar si la antena se debe acortar o alargar. La longitud correcta proporciona la mejor adaptación de impedancias para el sistema de transmisión.
Tras cortar el cable a la longitud expresada por la formula, se debe ajustar la sintonía de antena hasta obtener el mejor funcionamiento. Con la antena en su emplazamiento final, se debe medir la relación de ondas estacionarias (ROE) en diversas frecuencias dentro de la banda deseada. Si esta relación es mucho más elevada en el extremo de frecuencias bajas de la banda, la antena es demasiado corta. Si éste es el caso se puede añadir en cada extremo un trozo de conductor suplementario con una pinza de conexión. Luego, el cable adicional se podrá ir acortando hasta que se consiga la longitud correcta. Si la relación de ondas estacionarias es mucho más elevada en el extremo de frecuencias altas de la banda, la antena es demasiado larga. Cuando la antena se sintoniza correctamente, los valores más bajos de la relación de ondas estacionarias deben estar alrededor de la frecuencia de funcionamiento preferida.
Líneas de transmisión
El tipo de línea de transmisión para el sistema de antenas utilizado con más frecuencia es el cable coaxial, en el que un conductor está dentro de otro. Entre las diversas ventajas que tiene este cable cabe citar que se puede conseguir fácilmente y que es resistente a la climatología adversa. Además, se puede doblar y enrollar y si es necesario, puede ir enterrado, así como ir tendido adyacente a objetos metálicos con mínimas repercusiones.
Las antenas de ondas decamétricas más comunes se diseñan para utilizarse con líneas de transmisión que tienen impedancias características de 50 ohmios aproximadamente. Los tipos RG-8, RG-58, RG-174 y RG-213 son los cables coaxiales utilizados comúnmente. Los tipos RG-8 y RG-213 son similares y de todos los cables indicados anteriormente son los que tienen las menores pérdidas. Los cables coaxiales más largos (RG-8, RG-213, RG-11) tienen menos pérdidas de señal que los cables más cortos. Si la longitud de la línea de alimentación es menor de 30 metros, la pequeña pérdida de señal adicional en las bandas de ondas decamétricas es despreciable. Las pérdidas en las bandas de VHF y UHF son más importantes, en particular cuando la línea de alimentación es larga. En estas bandas, el coaxial tipo RG-213 de mayor calidad o incluso los cables coaxiales rígidos o semirrígidos con menos pérdidas reducen las pérdidas de las líneas de transmisión que sobrepasan los 30 metros.
Los conectores de cables coaxiales constituyen una parte importante de una línea de alimentación coaxial. Resulta prudente comprobar periódicamente los conectores coaxiales para observar si están limpios y ajustados para reducir las pérdidas. Si se sospecha de una conexión con soldadura defectuosa, se deben limpiar y soldar los empalmes nuevamente. La elección de los conectores suele depender de los conectores de adaptación en la estación radioeléctrica. Muchas estaciones en ondas decamétricas y métricas utilizan conectores SO-239. El conector complementario es un PL-259, que a veces se denomina conector UHF. Los conectores de impedancia constante tales como Tipo-N constituyen la mejor elección para las bandas de ondas decimétricas. Los conectores PL-259 están diseñados para utilizarse con cables RG-8 o RG-213. Cuando se emplea un cable coaxial para conectar la línea de transmisión, ésta debe estar terminada por un conector SO-239 en el aislador central y en el extremo que se conecta al equipo radioeléctrico se debe utilizar un PL-259.
Adaptación de impedancias dentro del sistema de antenas
Si un sistema de antenas no se adapta a la impedancia característica del transmisor, una parte de la energía se refleja de la antena al transmisor. Cuando esto ocurre, la tensión y la corriente de RF no son uniformes a lo largo de la línea. La energía que se transfiere del transmisor a la antena se denomina potencia directa y se emite desde la antena. La relación de ondas estacionarias (ROE) es la relación entre la tensión máxima en la línea y la tensión mínima. Un medidor de la ROE mide la adaptación de impedancia relativa de una antena y de su línea de alimentación. Los valores ROE más bajos significan que existe una mayor adaptación de impedancia entre el transmisor y el sistema de antena. Si se cuenta con una adaptación perfecta, la ROE es 1:1. La ROE define la calidad de una antena observada desde el transmisor, pero una ROE baja no garantiza que la antena emitirá la energía de RF suministrada por el transmisor. Un valor de ROE de 2:1 indica una adaptación de impedancias bastante buena.
Medidores de ROE
La aplicación más común para medir la ROE es la sintonización de una antena para resonar en una frecuencia dada. Una lectura de la ROE de 2:1 o menor es bastante aceptable. Una lectura de 4:1 o mayor es inaceptable. Ello significa que hay una grave desadaptación de impedancias entre el transmisor, la antena o la línea de alimentación.
La manera en que se mide la ROE depende del tipo de medidor. Algunos medidores de la ROE tienen un control SENSIBILIDAD y una llave conmutadora DIRECTA-REFLEJADA. En este caso, la escala del medidor suele proporcionar una lectura de la ROE. Para utilizar el medidor, colóquese primero el conmutador en la posición DIRECTA. Luego ajuste el control de SENSIBILIDAD y la salida de la potencia del transmisor hasta que el medidor presente una indicación a plena escala. Algunos medidores tienen una marca en la cara del medidor etiquetada SET o CAL. La aguja del medidor debe permanecer en esta marca. Luego, colóquese la llave selectora en la posición REFLEJADA. Ello debería realizarse sin reajustar la potencia del transmisor o el control SENSIBILIDAD del medidor. Ahora la aguja del medidor indica el valor de la ROE. La frecuencia de resonancia de una antena se puede hallar conectando el medidor entre la línea de alimentación y su antena. Esta técnica medirá la adaptación de la impedancia relativa entre la antena y su línea de alimentación. Se prefieren las asignaciones que proporcionan la ROE más baja en la frecuencia de funcionamiento.
Redes de adaptación de impedancias de la antena
Otro accesorio útil es una red de adaptación de impedancias, denominada también red de adaptación de antenas, sintonizador de antenas, unidad de sintonía de antenas, acoplador o simplemente un sintonizador. Estos sistemas de acoplamiento pueden ser manuales o automáticos. La red compensa cualquier desadaptación de impedancias entre el transmisor, la línea de transmisión y la antena. Un sintonizador permite utilizar una antena en bandas de frecuencias distintas. El sintonizador se conecta entre la antena y el medidor de ROE, en caso de que se utilice. El medidor de ROE se utiliza para indicar la potencia mínima reflejada a medida que se ajusta el sintonizador.
El último paso para concluir la instalación de la antena es el siguiente: tras introducir el cable coaxial en vuestra estación, se lo deberá cortar e instalar el conector adecuado para el transmisor que, por lo general, será el tipo PL-259, denominado a veces conector UHF.
Si la ROE es muy alta, es posible que surja un problema que no se podrá solucionar con simple sintonía. Una ROE muy alta podría significar que la línea de alimentación está abierta o en cortocircuito. Si la ROE es muy elevada puede ser debido a una conexión incorrecta o a un espacio insuficiente entre la antena y los objetos que la rodean.
| Principios del funcionamiento de las antenas |
Para que una antena genere un campo electromagnético, se necesita que existan cargas eléctricas en movimiento. En el caso de los conductores paralelos, estas cargas son electrones que se mueven merced al impulso eléctrico de un generador (transmisor). Toda carga eléctrica en movimiento acelerado, genera un campo eléctrico y otro magnético (campo electromagnético), que una vez creado se aleja indefinidamente del conductor.
Si a un hilo conductor se le aplica corriente alterna, todos los electrones libres se moverán siguiendo el ciclo de corriente alterna. A efectos prácticos es lo mismo considerar que los electrones se transmiten el movimiento de unos a otros, como considerar que un solo electrón realiza todo el trabajo.
Este electrón se mueve adelante y atrás siguiendo el ciclo de corriente alterna. Si el hilo conductor es infinito no hay problemas para el electrón y sus adyacentes, ya que siempre encuentran espacio para moverse libremente. Pero en una antena real el hilo no es infinito, por tanto, veamos que ocurre cuando se corta el hilo. Si el corte se realiza exactamente por los puntos marcados en la figura, el electrón A no tiene problemas para moverse dentro del espacio que le queda.
¿Qué ocurre si se corta una medida distinta de la indicada? Si es más corta, el electrón tiene que rebotar en el extremo antes de haber llegado al final de su movimiento y lo invertirá de forma distinta (fuera de fase) a como lo hace el impulso de corriente alterna.
Si el hilo es más largo, el electrón A no tendrá problemas, pero el electrón B no podrá realizar el ciclo y, por tanto, intentará invadir el terreno del electrón A para conseguir completar su movimiento, interfiriéndose entre ellos. El resultado es el mismo, la corriente se interfiere y queda fuera de fase respecto al impulso de la corriente alterna que lo origina.
Por lo tanto la longitud mínima para que los electrones puedan moverse libremente sin interferirse unos con otros, es de medio Ciclo de la corriente alterna, o sea, media longitud de onda. Se recuerda que la corriente alterna varía su polaridad, por lo tanto, el electrón se ha desplazado una longitud de onda completa pero, la mitad en un sentido y la otra mitad en el opuesto, es decir, le basta media longitud de onda para no "chocar" con los extremos.
La explicación teórica de todo esto es que una longitud de media onda es "resonante" o lo que es lo mismo, la corriente y la tensión están en fase y por tanto el hilo se comporta como si fuera una resistencia pura. Recordando lo que se dijo sobre líneas de transmisión, para que éstas funcionen bien se necesita colocar una resistencia pura en su extremo. Por tanto, he aquí la primera condición que debe cumplir toda antena: ser resonante.
Además, cambiar de un valor a otro en una resistencia pura resulta bastante sencillo de realizar, con lo que podrá acoplarse cualquier antena a una línea de transmisión sin excesivos problemas. Esta es la segunda condición a conocer al construir una antena: ¿cuál es el valor de su impedancia cuando está en resonancia?
Por lo tanto ya se tienen los dos principios básicos del funcionamiento eléctrico de una antena:
Resonancia, que se cumple para hilos de media longitud de onda (evidentemente también se cumple para cualquier múltiplo entero de esa longitud).
Impedancia, que depende del tipo de antena y de su construcción e instalación.
| Características de las antenas |
| Polarización |
Se define como polarización de una antena, la dirección que tiene el campo eléctrico de la onda electromagnética. Si el campo eléctrico es horizontal, la antena tiene polarización horizontal; si es vertical, tendrá polarización vertical. En general, la polarización coincide con la posición del hilo conductor de la antena. Si ésta tiene el conductor en posición horizontal, la antena tiene polarización horizontal; si está vertical, tendrá polarización vertical. En algunos tipos de antena resulta dudoso determinar la polarización (antenas de cuadro o similares), pero lo determinaremos al hablar de cada tipo.
Para las frecuencias comprendidas entre 3 MHz y 30 MHz, en las que la mayoría de comunicados se realizan por reflexión en la ionosfera, la elección de uno u otro tipo no tiene importancia, ya que la polarización se pierde al haber una reflexión. Sin embargo, en frecuencias superiores, donde las reflexiones son muy raras, o bien, siempre que se quiera establecer comunicados por vía directa (sin reflexiones), la antena emisora y la receptora deben tener la misma polarización, ya que en caso contrario las pérdidas son muy importantes.
| Ángulo de radiación |
Se llama ángulo de radiación al ángulo vertical (Por encima del horizonte) en que una antena emite (o recibe) la máxima intensidad de campo electromagnético.
Resulta evidente que todas las estaciones con las que podemos contactar se encuentran, o bien en línea horizontal o bien más allá del horizonte. Ahora bien, por el hecho de que las antenas se encuentran encima del suelo se produce una interacción entre el campo electromagnético que sale de la antena y la parte de éste que rebota en el suelo. La combinación de los dos hace que la energía se cancele para ciertos ángulos y que se refuerce para otros. El ángulo para el que el refuerzo es máximo se llama ángulo de radiación de una antena. Curiosamente ninguna antena real situada sobre el suelo tiene su máximo ángulo de radiación en dirección horizontal. La máxima radiación siempre ocurre con un cierto ángulo hacia arriba.
| Directividad |
Se denomina directividad a la dirección horizontal en la que se produce el máximo de radiación de una antena. Algunas antenas radian igualmente hacia todas las direcciones horizontales, en cambio, otras tienen una o varias direcciones en las que la radiación se ve favorecida.
| Ganancia |
Se define como ganancia de una antena la diferencia que existe entre el campo electromagnético producido por una determinada antena en su dirección más favorable respecto al de otra antena que se toma como patrón. Científicamente se toma como referencia la antena isotrópica, que es una antena ideal que radia uniformemente en todas direcciones. Evidentemente no existe tal antena pero, matemáticamente, es muy fácil calcular el campo electromagnético que produciría una antena de ese tipo.
En la práctica la antena que se usa como referencia suele ser el dipolo, que ya tiene una ganancia de 2,15 dB sobre la antena isotrópica. Esto se debe a que el dipolo es una antena muy simple y fácil de construir, por lo cual se pueden hacer comparaciones directas entre dos antenas sin tener que recurrir a la antena isotrópica que no existe y por tanto no es comparable directamente.
Si la ganancia de una antena está referida a la antena isotrópica se representa como dBi. Si está referida al dipolo se representa como dBd.
La ganancia de una antena siempre viene referida a otra, por tanto, no son de fiar las ganancias que no indiquen claramente cuál es la referencia (recordar que el decibelio es una medida comparativa).
| Antenas |
Puede existir la posibilidad, de que en una situación de emergencia provocada por una fuerte tormenta, un temporal, etc., nos cause desperfectos en nuestros propios sistemas radiantes debido a la caída de mástiles o ruptura de las bajantes.
Por lo anteriormente expuesto, debemos estar preparados para poder instalar una antena, en condiciones muchas veces difíciles y sin la ayuda de otros colaboradores de la Red.
El éxito de las comunicaciones depende fundamentalmente de la antena. Una buena antena puede hacer que un receptor normal funcione bien y que la potencia del transmisor parezca superior. Al utilizar la misma antena para transmitir y recibir, cualquier mejora realizada en la misma hará que la señal sea más fuerte en los puntos de recepción deseados. Algunas antenas funcionan mejor que otras y, por lo tanto, resulta útil probar distintos modelos.
Se presentan a continuación, una serie de modelos de antenas de HF y VHF, de construcción rápida y fácil, que pueden ser útiles a los colaboradores de la REMER en caso de emergencia, y pueden ser instaladas por uno mismo.
| Modelos para HF |
Antena de Hilo tipo "Windom"

L = 142.5 / f (Mhz) L/3 = 47.5 /f (Mhz)
En cualquier caso, la distancia buena para alimentar al hilo es tomar su punto central como referencia y alejarse hacia el extremo un 14% de la longitud total de la antena.
Nota.- Esta antena es resonante en armónicos pares de la frecuencia a la que esta cortada.
Antena de Hilo tipo marconi de 1/4 de onda.

L = 71.25 / f (Mhz)
Nota.- Esta antena es resonante a armónicos impares de la frecuencia fundamental, y opera como antena de media longitud de onda o sus múltiplos en armónicos pares.
La toma de tierra ha de ser lo más conductiva posible. Si no fuese así la ROE puede ser muy elevada.
Dipolo de media longitud de onda.
La forma fundamental de antena se encuentra representada por un solo conductor, cuya longitud es aproximadamente igual a la mitad de la longitud de onda de emisión. Representa el tipo básico del cual se derivan las formas más complejas de antenas. Se la conoce por dipolo.
El cálculo de la longitud de una media onda para frecuencias inferiores a 30 Mhz. se realiza mediante la siguiente formula:
Longitud en metros = 142.5 / frecuencia en Mhz. |

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| Detalle del extremo del dipolo | Detalle de la parte central del dipolo |
Para calcular la longitud de una antena dipolo o dipolo en "V" invertida de HF, introduzca el valor de la frecuencia, de trabajo, en Megaciclos. (El diámetro de hilo considerado ha sido de 2 mm de cobre esmaltado).
