domingo, 16 de noviembre de 2014

Sistema de Antenas (Parte 1 de 4).

Por Eliécer Roldán Barrantes. TI4ERB

Prólogo

El tema que he escogido para hablar del sistema de antenas, nace por las continuas preguntas que se hacen entre sí radioaficionados consultándose cuál es la antena que da mejores resultados. Las preguntas son abiertas, no especifican qué pretenden lograr en cuanto al trabajo que desean hacer: comunicación local, Dx, Radio paquete, rebote lunar, etc. La respuesta  resulta imprecisa porque a quién que se le consulta también carece de los conocimientos necesarios sobre antenas y otras cosas más de la radiotecnia Mi intención es ayudarles con esa capacitación extra que carecen para sacarlos de la inseguridad de la escogencia de la antena adecuada al resultado anhelado con su escogencia.

Introducción
Cuando compras una antena o la construyes, esperas que trabaje eficientemente, que  su señal supere la de otras antenas. ¿Será la antena adecuada de lo que esperas de ella?
El radioaficionado nobel sabe que la función de una antena es la de emitir y recibir una señal electromagnética que se propague por el espacio, pero no sabe como ocurre este prodigio de la física. Antes de iniciar con el tema, debo de informarles que no hay antenas milagrosas, ni buenas, malas ni, ni peores; todas hacen su trabajo al que se les ha encomendado, cuando no cumple con lo esperado podría ser es que haya una mala escogencia o cálculos matemáticos inapropiados. Con la siguiente  similitud espero de demostrar lo que es una buena o mala escogencia: Nery Brenes no gana una carrera con zapatos de futbol, ni juega futbol con zapatos de 400 m planos, en ambos casos estaría usando zapatos inadecuados; equivocando el calzado su desempeño sería deficiente o desastroso.  Tomando el símil como ejemplo: equivocando la antena, el resultado es deficiente o nulo. Sí lo que deseas es un enlace eficiente, entonces no uses una antena omnidireccional, porque sería como correr con zapatos de futbol los 400m planos.
Mi intención es de ayudarles a despejar ese misterio usando palabras simples y sin cálculos complicados. Espero tomen nota de aquello que deseen preguntar por su significado o aclaración, que gustoso le responderé.

La estación de radio sin importar que sea comercial o de radioaficionado, para que sea eficiente, el técnico, en este caso usted radioaficionado, tiene que saber hacer los cálculos correspondientes para balancear la impedancia de la antena, la altura adecuada de la torre y el largo de la línea de transmisión (cable coaxial); todo esto con el propósito de entregar al espacio toda la potencia que entrega el transmisor aprovechando la ganancia  de la antena.

El tema que nos ocupa lo he llamado sistemas de antenas. Lo voy exponer en varios capítulos de 10 minutos, uno por cada foro semanal.
Entrando en materia.
El equipo de radio es una rama de la " electrónica , en particular la rama de las ondas de radio (comunicación inalámbrica). Más específicamente, la tecnología de la realización de radioemisión  son el equipo utilizado para transmitir y recibir ondas de radio: el radio transmisor, la línea de transmisión y las antenas. Pero son las antenas las encargadas de hacer la maravilla de las comunicaciones inalámbricas al emitir y recibir las ondas Hercianas. El dipolo es sin duda una de las antenas de HF que encabeza el escalafón (el nivel de clasificación) de preferencias por su relación costo/desempeño. Si bien es la primera antena que un radioaficionado piensa instalar para operar en HF, al momento de poner en la práctica la teoría, aparecen algunos detalles interesantes de comentar.
Para que una estación de radioaficionado sea eficiente, el titular de la misma debe aplicar sus conocimientos teóricos mínimos de radiotécnica a la práctica:
1.)Condiciones técnicas (en cuanto a tamaño,
2.)Altura sobre el nivel del suelo.
3.)Polarización
4.)Relación de ondas estacionarias (ROE)
5.)Tipo de suelo
6.)Separación respecto a otras antenas o elementos constructivos necesarios para el funcionamiento de las antenas.

Antenas para las bandas de HF.

Debido a lo especificado en los antecedentes, nos referiremos a las antenas de HF (3-30 MHz) que son las que mayor necesidad de espacio y altura tienen.
Como punto de partida hay que apuntar que el tamaño de la antena es directamente proporcional a la longitud de onda (l) correspondiente a la banda de frecuencias en la que ha de servir su función, siendo imposible reducir su tamaño sin perder eficiencia de la misma.

Consideraciones: La altitud + altura.
Altura adecuada de la antena con la frecuencia de trabajo. Una antena será más eficaz cuanto mayor sea su altura sobre el suelo y sobre el nivel del mar, y cuanto más despejada esté de obstáculos a su alrededor. La altitud sobre el nivel del mar de una antena es algo que los radioaficionados no pueden elegir, porque cada uno la tendrá que poner  en el lugar donde vive. Sí pueden, en cambio, actuar sobre la altura en relación al suelo, elevándola lo más posible sobre el mismo  por medio de mástiles o torres. Lo mejor es situar la antena lo más alta posible; sobre todo para las frecuencia de 14 MHz en adelante. La altura deseable está comprendida entre la media longitud de onda y la onda completa Por ejemplo, en 14 MHz o banda de 20 metros, la altura mínima ideal será de 10 metros y la máxima 20, así podemos concluir  que las alturas comprendidas entre 10,5 y 21 metros resultan suficientes para todas las bandas, aunque sí se consiguen alturas mayores tanto mejor. Sin embargo se puede tomar en consideración la altura mínima que aconseja el manual de antenas de la American Radio Relay League (ARRL)

-El ARRL_Handbook_2009, página 22.2 señala que el efecto de la altura en la resistencia a la radiación del dipolo típico de media onda no es tan drástica si la altura de la antena es de a lo menos 1/4 λ (es decir un 25% de la longitud de onda). La resistencia aumenta porque el campo de inducción de la antena a baja altura es absorbido fuertemente por la tierra.-

Además, en este segmento del espectro radioeléctrico, la mayoría de las comunicaciones se producen mediante el mecanismo de propagación por reflexión ionosférica, siendo la altura respecto al terreno la que establece el lóbulo de radiación de la antena (ángulo) y por tanto su funcionalidad. Una antena muy baja (situada a una distancia del terreno inferior a ¼ de la longitud de onda de la señal  que radia la inmensa mayoría de su potencia verticalmente hacia arriba donde es absolutamente ineficaz para establecer este tipo de comunicaciones.
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