3. Ancho de banda de una antena
El ancho de banda de una antena tiene que ver con funcionamiento óptimo de una antena en un rango de frecuencias, viéndose afectado por el comienzo de la pérdida de ganancia, un excesivo nivel de ondas estacionarias (ROE) y el cambio de impedancia de entrada de la antena. La anchura de banda de una antena se hace más estrecha en las bandas bajas de HF (160m, 80m y 40m) que en frecuencias altas de la HF, por ejemplo en 10m. El ancho de banda usualmente viene determinado por los niveles de ROE entre 1:1 y 1:5, al considerar niveles seguros para el funcionamiento del transmisor.
Para Miguel A. Zubeldía - LU1WKP - (silmig10@yahoo.com.ar)
" En las bandas de baja frecuencias, especialmente, es muy notorio que al utilizar un dipolo construido con alambre diseñado para nuestra frecuencia preferida a medida que nos alejamos de la misma tanto hacia arriba como hacia abajo el valor de la ROE
aumenta.
Del punto de vista práctico generalmente nos fijamos un valor máximo de 1,5:1 que a partir del mismo decimos que la antena “tiene mucha ROE”. Este valor máximo nos permite transmitir en un rango de frecuencia determinado que dependerá de las características de la antena. Si este rango de frecuencia es relativamente pequeño se dice que la antena tiene alto Q (factor de mérito ó coeficiente de calidad), pero si el rango es amplio la antena es de bajo Q. Por lo tanto para poder cubrir toda una banda lo ideal es disponer de una antena de bajo Q ó podemos decir que es una antena de banda ancha.
La curva de resonancia de una antena de alto Q es similar a un circuito sintonizado de baja resistencia, y viceversa. El Q en un circuito resonante es la relación que existe entre la reactancia (en un circuito resonante la reactancia capacitiva es igual a la reactancia inductiva) y la resistencia del mismo.
La forma más simple de obtener una antena de “banda ancha” es aumentar el diámetro del conductor que forma la antena propiamente dicha. Cuando la relación longitud del irradiante / diámetro del conductor comienza a ser menor de 500, la resistencia como la reactancia existente en el centro del dipolo cambian en forma más lenta a medida que varía la frecuencia a ambos lados de la de resonancia. Al aumentar el diámetro del irradiante se logra aumentar la capacidad por unidad de longitud provocando una disminución de la reactancia, por lo tanto una disminución del Q de la antena.
Por ejemplo, para un dipolo en banda de 80m el irradiante debería tener al menos 8cm de diámetro, cosa impracticable. Pero para los 20m el irradiante puede ser de 2cm de diámetro, por lo menos, ó sea un caño de 22mm. que es justamente lo que se realiza.
Por ello lograr una antena de banda ancha en frecuencias altas es relativamente sencillo de realizar.
A pesar de la disminución del Q de la antena por medio de esta operación el rendimiento de la misma no disminuye dado que la resistencia de irradiación prácticamente sigue siendo la misma. Sin embargo al aumentar el diámetro del irradiante aumenta el “efecto de punta”, y por lo tanto la longitud del mismo es menor en aproximadamente 1,2 % que en un dipolo de alambre tradicional.
Con este lineamiento, en las bandas bajas se puede construir un irradiante formado con varios alambres en paralelo alrededor de formas circulares de un diámetro grande (por ejemplo de 30cm) y cortocircuitados en los extremos simulando un tubo.
En la práctica la cantidad de alambres suele ser de seis. Este tipo de antena de banda ancha se utilizaba en los buques cuando aún no existía el “sintonizador automático”.
Una variante del concepto anterior es el dipolo cerrado, en este caso la configuración de la antena es tal que la impedancia de alimentación, en el centro, puede tener valores distintos dependiendo de los diámetros de los dos conductores, superior (Ds) e inferior (Di):
Ds
Z (ohm) = (1 + ----- ) 2 . 72
Di
Vemos, que en el caso que los conductores con los cuales está construido el dipolo cerrado son de igual diámetro la impedancia es de 288 Ohms, para lo cual se utiliza la línea bifilar de 300 ohm ó en “V” invertida con balún 4:1 y coaxil de 50 ohm.
En el caso que el diámetro inferior es muy grande respecto al superior, del orden de 10, la impedancia del dipolo cerrado es muy próxima al del dipolo abierto horizontal, ...
No debemos confundir las variables de la impedancia con las de resonancia de la antena.
Todo tipo de irradiante que posea altos valores de capacidad distribuida (decimos que tiene mucha superficie irradiante) tenderá a ser una antena de bajo Q independientemente de su direccionabilidad, es también el caso de las Deltas, Quad Cúbicas, Trifilares.
Esta última antena fue muy utilizada en las bandas de 80 y 40m durante plena época de la AM*. Consiste en tres alambres horizontales de media onda cada uno unidos en los extremos donde la línea de alimentación se efectúa al medio del alambre central, la separación de los alambres es lo suficiente como para que no se toquen debido al viento por ejemplo 20cm entre ellos. La impedancia en el punto de alimentación es de 650 ohm por lo cual se podrá transformar a los 50 ohm aperiódico de los coaxiles por intermedio de:
a) Línea abierta de 650 ohm directamente a un acoplador de antena para este tipo de línea.
b) Línea abierta de un cuarto de onda cortocircuitada en el extremo opuesto, luego un balún 1:1 conectado cerca del extremo en corto y coaxil de 50 ohm ó balún de 4:1 conectado cerca del medio de la línea adaptadora, la posición precisa de los mismos se obtiene logrando mínimo ROE.
Todas estas antenas individualmente cubren ampliamente la banda para la cuál fue diseñada, aunque la antena por excelencia de banda ancha es la logarítmica ..., pero esto es otro tema."
En el enlace http://personal.ee.surrey.ac.uk/Personal/D.Jefferies/radimp.html encontrarás un texto en PDF que te puede ilustrar sobre este tema.
Todas las características de una antena, normalmente, tienen validez solamente para un conjunto de frecuencias en torno a la frecuencia de trabajo para la que se diseña una antena. Este conjunto de frecuencias se denomina ancho de banda de la antena.
Solamente podremos utilizar la antena en este conjunto de frecuencias. Normalmente, las antenas más eficientes se diseñan para trabajar en una única banda, aunque también existen antenas multibanda que permiten trabajar en dos o más bandas del espectro.
(*) Modalidad de fonía. Amplitud Modulada.