Para alimentar perfecta y eficientemente una antena multibanda NO resonante, necesitamos una linea abierta o de escalera.

Apuntes acerca de la mentada resonancia y creencias vaarias.

Antes que nada, me voy a tener que ver en la penosa necesidad de desmentir la creencia más grande de la antenología y que es que ” las antenas deben ser resonantes para ser eficientes”. ¡Pamplinas ! ¡Resulta y resalta que no hay tal !

Hay que considerar que una antena no necesita ser resonante para ser un radiador efectivo. De hecho, no tiene nada de mágico tener una antena resonante, siempre que pueda idear algunos medios eficientes para alimentar la antena. Muchos aficionados utilizan antenas no resonantes (incluso de longitud aleatoria) alimentadas con líneas de transmisión de cable abierto y sintonizadores de antena. Radian señales tan bien como las que usan cable coaxial y antenas resonantes, y como beneficio adicional, generalmente pueden usar estos sistemas de antena en múltiples bandas de frecuencia.

Hay que ver que siempre que la longitud de la antena sea de al menos media longitud de onda en su frecuencia más baja prevista, su eficiencia es muy superior al 90%, al igual que un dipolo resonante. El problema es obtener energía: el cable coaxial tiene mucha pérdida por el calentamiento dieléctrico, a menos que termine en su impedancia característica, ( 50Ω ) y este efecto es lo que lleva a muchos antenologos a creer erróneamente que las antenas no resonantes son ineficientes. Asi que el problema no es la no resonancia, es una SWR alta en coaxial.

Y ya hablando de otro medio de transmisión, la línea de escalera no sufre grandes pérdidas a una ROE alta, por lo que puede usarse efectivamente para alimentar una antena que, en varias frecuencias, presente la línea de alimentación con cualquier ROE de 1: 1 a ~ 12: 1) Por lo tanto, con la línea de escalera puede olvidarse por completo de la resonancia y la ROE, hasta que llegue a la radio, donde utiliza un sintonizador para hacer coincidir los benditos 50Ω.

En orden de comparar las pérdidas de la línea de alimentación, que no coinciden, tenemos que comenzar con la impedancia del punto de alimentación de la antena y la impedancia de la línea, luego calcular la SWR y, finalmente, la pérdida de cada tipo de línea de alimentación en una frecuencia y longitud determinadas.

En el peor de los casos, alimentar un nodo de voltaje (como correr 40 metros en un dipolo de 80 metros), digamos que la impedancia del punto de alimentación es de 3500 ohmios. Con 100 pies de cable coaxial RG-8 a 7 MHz, eso es una increíble SWR de 65: 1, con una pérdida total del 78%. Con una línea de cable abierto de 600 ohmios, la ROE es de solo 5.8, ¡y la pérdida es del 3%! Luego, si cambiamos a 80 metros, la impedancia es de 50 ohmios, la ROE es de ~ 12: 1 y la pérdida es del 7%. En este caso, la línea de 450 ohmios sería aún mejor, porque su impedancia característica está más cerca de la media geométrica, por lo que la ROE solo varía de aproximadamente 9: 1 a 50 ohmios a 7.7: 1 a 3500 ohmios. Las pérdidas totales de 100 pies de línea de escalera con ventana de 450 ohmios, a una ROE de 9: 1, varían de 5% a 3.5 MHz, a 14% a 28 MHz, y nuevamente, eso es en los peores puntos de desajuste. Que tal ?

Dado lo anterior, vemos que la línea de escalera no solo es mejor para antenas no resonantes debido a su pérdida mucho menor a una SWR alta, sino también porque su impedancia característica lo acerca más a la media geométrica del rango de impedancia de la antena, desde la más baja (mitad impar dela onda) a la más alta ( mitad par de las ondas).

Podemos manejar esta fórmulita práctica: SWR = (1 + r) / (1-r),
donde r = (Zl-Zo) / (Zl + Zo),
donde Zl = impedancia de carga y
Zo = impedancia de línea, en ohmios.

Veamos las pérdidas del sintonizador y del balun:

Para seguir con la mitología, que siempre damos por cierta, es que los sintonizadores de antena tienen mucha pérdida y desperdician una gran cantidad de energía. ¡Pues….nop ! Un sintonizador en T, usado correctamente, es aproximadamente 95% eficiente, y un sintonizador con interruptor L (como la mayoría de los sintonizadores automáticos) es aproximadamente 98% eficiente. Si su sintonizador se está calentando, tiene algo mal en el sistema de antena y está excediendo los límites de diseño del sintonizador. Un sintonizador en T se vuelve bastante con pérdidas cuando la impedancia del lado de la antena es baja (<50Ω), pero cuando es alta (> 50Ω) la eficiencia es superior al 90%, alcanzando aproximadamente el 95% a ~ 500Ω.

Peeeeeeeerooooo ……..por otro lado, los balunssi que pueden ser muy perjudiciales, dependiendo del diseño y de cómo se usan o son mal usados. Al igual que con los sintonizadores, si se están calentando, están desperdiciando energía, y debe cambiar la longitud de la línea de alimentación (para mover el anti-nodo fuera de la banda de radio afición) y usar un balun diseñado para variaciones de impedancia amplias.

Los baluns tradicionales, como el 4: 1 toroidal de ferrita y de cuerda coaxial, no están diseñados para manejar las variaciones extremas de impedancia que se duplican en todas las bandas. Tienden a arquearse o saturarse y arder a alta potencia cuando se presentan con impedancias extremas. Los fabricantes modernos de balun han descubierto esto y ahora hacen estranguladores 1: 1 diseñados para alimentaciones de línea de escalera. Tanto DX Engineering como Balun Designs ahora hacen “sintonizadores baluns” que son estranguladores / baluns actuales 1: 1, y MFJ ahora pone estranguladores / baluns con heridas bifilares 1: 1 en algunos modelos, como el 989D.

Los Mitos del cable de escalera

Muchos radio aficionados se niegan a usarlo porque están afectados por conceptos erróneos comunes:

• “¡La línea de escalera irradia!” Pamplinas ! La línea de escalera no irradia más que un coaxial, si alimenta una antena balanceada, como un dipolo alimentado al centro. Si la potencia en cada conductor es igual y opuesta, tenemos una cancelación de fase completa y, por lo tanto, no hay radiación de RF. aunque…Esto NO es cierto para las antenas alimentadas fuera del centro, como la alimentación final o las diversas alimentaciones tipo Windom, donde la radiación de la línea de alimentación es lo suficientemente significativa como para justificar un montón de estranguladores que desperdician energía.
• “¡Lo intenté una vez, y estropeó mi televisor, mi computadora y llenó el cuarto de radio con RF!” Una vez más: la línea de la escalera debe estar equilibrada, y se debe usar un buen estrangulador / cuchilla cerca del sintonizador. Para reducir aún más la corriente de modo común que puede llevar la RF al cuarto de radio, asegúrese de usar una longitud de línea de escalera que no sea un múltiplo de media onda en cualquier banda. Longitudes como 40, 80 y 110 pies funcionan bien. Un tramo resonante de línea de escalera, al igual que el escudo de coaxial, captará la RF por inducción desde la antena y lo irradiará hacia su cuarto de radio. Una longitud de línea de alimentación no resonante presentará una alta impedancia a la corriente de modo común. Y, como con cualquier línea de alimentación, es mejor hacerla correr perpendicular a la antena lo más lejos posible para que los campos magnéticos de cada mitad del dipolo se cancelen entre sí en lugar de inducir corriente de modo común en la línea de alimentación.
• “¡Es muy difícil trabajar con él! ¡Tienes que mantenerlo alejado del metal! Bueno, sí, unas pocas pulgadas más o menos. La regla general es: al menos el doble del ancho de la línea. Es fácil hacer separaciones de pequeñas tuberías de PVC. La línea de escalera puede cruzar un borde de metal, como el alféizar de una ventana; simplemente no quieres correr contra el metal por una longitud significativa.
• “¡Es muy difícil llevarlo a la cabaña!” Puros cuentos!. Hay muchas formas a prueba de agua para llevar la línea de escalera a cualquier cabaña. Puede perforar dos pequeños orificios a través de la pared y atravesar dos cables # 12- # 14, luego impermabilizar, resoldar y conectarlos a la salida balanceada de su sintonizador. O mejor, monte su balun fuera de la pared y entre con unos pocos pies de coaxial. Me gusta más así porque el cable coaxial es fácil de desconectar (en una conexión de mamparo) durante las tormentas.
• “La sarandea mucho el viento, ¡y se rompe demasiado fácil!” (a) La línea de ventana se debe torcer aproximadamente una vuelta por cada dos pies para evitar oscilaciones inducidas por el viento. (b) Haga una buena conexión del punto de alimentación, con un alivio de tensión adecuado. No hace daño envolver la línea sobre la parte superior de su aislador de punto de alimentación y luego asegurarla a sí misma con bridas o corbatas. Además, el trenzado de calibre 14 es mucho más confiable que la línea sólida de calibre 18.

Si ejecuta un dipolo de todas las bandas (con un sintonizador en en el cuarto de radio), necesita una línea de escalera. El coaxial tiene mucha pérdida cuando se opera a una SWR alta. Es fácil perder el 75% de su potencia en su coaxial cuando opera en bandas donde el dipolo no es resonante presentando una alta impedancia del punto de alimentación a la línea de alimentación.

Espero que este articulo sirva para incorporar, en la medida de lo posible estas lineas abiertas o de escalera que tantos beneficios nos reportan.

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