Hilo largo
Tenemos que decir que una antena de hilo largo, es eso, un hilo largo que se emplea para mandar al aire la energía de Radiofrecuencia suminstrada por el Transceptor.
Pero hay que indicar que hay dos tipos fundamentales de antenas de hilo largo: (a) las aperiódicas y (b) las resonantes.
a) Las antenas aperiódicas terminan en una resistencia de carga y se comportan como una línea de transmisión sin ondas estacionarias y no son resonantes. En estas antenas la onda viaja en una sola dirección. Puesto que no se refleja la onda eléctrica en su extremo (no hay rebote) y son marcadamente unidireccionales, tanto en recepción como en transmisión.
Su longitud no será nada crítica y podrá tener cualquier medida, con tal de que sea superior a un par de longitudes de onda. Además, por esta causa, pueden funcionar en una amplia gama de frecuencias sin limitación por arriba (frecuencias más altas), mientras que, por abajo (frecuencias más bajas), quedarán limitadas por longitudes de onda tan grandes que ya no se produzca el efecto hilo largo.
A este tipo de antena se le denomina antena Beverage, y se emplea preferentemente en recepción, puesto que en esta modalidad, las pérdidas en las tomas de tierra no son importantes y afectan poco a la recepción.
b) Antenas resonantes (no terminan en una resistencia) y en las que se produce un rebote de la onda eléctrica en el extremo. Son antenas resonantes y marcadamente bidireccionales, puesto que responden a ondas que llegan tanto por un extremo, como por el otro.
Su longitud será igual a un múltiplo de 1 /4 de onda para que se produzca un nodo de corriente en el punto de alimentación y presente una impedancia de resonancia adecuada para acoplarla a un transmisor, aunque, con un buen acoplador, se puede emplear cualquier longitud de cable o se modifica en unos cuantos metros.
Según la aplicación que queramos dar a la antena hilo largo, escogeremos una aperiódica o una resonante, pero podemos optar por las terminadas en una resistencia (aperódica), puesto que sus longitudes no son críticas y pueden funcionar en una amplia gama de frecuencias, sin necesidad de utilizar acoplador de antena, aunque tiene un comopnente unidireccional, con una relación frente / espalda muy elevada.
La cualidad fundamental del hilo largo es la ganancia que se consigue aumentando su longitud. Cuanto más largo, mayor es el efecto de directividad, y la ganancia relacionada con su directividad. Para explicar este fenómeno, vamos a suponer que tenemos un hilo largo de tres longitudes de onda completas.
La onda eléctrica emitida por el transmisor va perdiendo energía, en forma de onda electromagnética, a medida que va pasando por A, B y C. La onda generada en A avanza por el cable en dirección N y por el espacio en dirección M.
La distancia entre A y B, y entre B y C, es de una longitud de onda, sumándose las fases de la onda en C a la generada en B y en A, aumentando su amplitud, siempre que la dirección M se aparte de la dirección N del cable.
La ganancia se produce en direcciones próximas a la del cable, pudiendo estimar unos 3 dB cada vez que se dobla la longitud del cable .
La resistencia final R impide el rebote en el extremo de la onda eléctrica, absorbiendo la potencia que no es radiada, evitando que se devuelva - como potencia reflejada y en forma de ondas estacionarias- hacia el transceptor.
La resistencia tiene que absover, si el cable tiene más de dos longitudes de onda, como máximo la cuarta parte de la potencia radiada. Si el hilo tiene 4 ó 5 longitudes de onda, bastará con una resistencia de carga que disipe una décima parte de la potencia emitida, pues el resto se habrá emitido por el cable en forma de onda electromagnética.
La utilización de una antena de hilo largo aperiódica puede ser el tener que conseguir una toma de tierra eficiente en el transmisor y otra en el extremo de la línea.
Para la cosntrucción de un hilo largo se suele optar por la configuración resonante, ya que la resonancia se modifica para cualquier frecuencia utilizando un acopiador de antena, sustituyendo la toma de tierra del transmisor por uno o varios radiales de 1/4 de onda para una o varias frecuencias.
El radial elevado ayuda a aumentar el efecto direccional del hilo largo en la dirección del hilo mayor.
El problema del radial se puede resolver poniendo un doble hilo largo en forma de V, que además puede mejorar la ganancia de la antena en casi 3 dB. Esto tiene como contrapartida la necesidad de un poco más de espacio.
La V consigue la suma, con el ángulo apropiado, de los lóbulos de dos antenas de hilo largo, de forma que los lóbulos laterales se sumen adecuada mente. El ángulo de abertura dependerá de la longitud de las dos ramas, así como su ganancia. Las dos ramas resuelven el problema del radial de 1/4 de onda y de la toma de tierra en el transmisor.
La antena configuración en V debe terminar en una resistencia cada rama, lo que encarece su diseño y requiere mayor espacio. Una froma fácil de conseguir, pero más cara, para que no haya reflexiones consistiría en utilizar un balun con relación de 1:6 o 1:9, similar a los utilizados en las antenas Windom; ya que la impedancia de un hilo largo está entre los 400 y 600 Ohmios.
Dimensiones en m del hilo largo y ROE, empleando un UNUN 9:1. En amarillo está resaltada una medida ideal para trabajar disitntas bandas con un mínimo de ROE.
Mike (ab3ap) en el artículo The "Best" Random Wire Antenna Lengths (http://www.hamuniverse.com/randomwireantennalengths.html) expone una serie de medidas que pueden ser buenas para la construcción de hilos largos. Estas están expresadas en pies: 29 (8,84m), 35.5 (10,82m), 41 (12,50m), 58 (17,67m), 71 (21,64m), 84 (25,60m), 107 (32,62m), 119 (36,27m), 148 (45,11m), 203 (61,87m), 347 (105,77m), 407 (124,05m), 423 (128,93m).
Fig.7. Diagrama para L = 0.25 lambdas
Fig.8. Diagrama para L = 0.5 lambdas
Fig.9. Diagrama para L = 0.75 lambdas
Fig.10. Diagrama para L = 1 lambda
Fig.11. Diagrama para L = 1.25 lambdas
Fig.12. Diagrama para L = 1.5 lambdas
Fig.13. Diagrama para L = 1.75 lambdas
Fig.14. Diagrama para L = 2 lambdas
Fig.15. Diagrama para L = 2.25 lambdas
Fig.16. Diagrama para L = 2.5 lambdas
Fig.17. Diagrama para L = 2.75 lambdas
Fig.18. Diagrama para L = 3 lambdas
Fig.19. Diagrama para L = 3.25 lambdas
Fig.20. Diagrama para L = 3.50 lambdas
Fig.21. Diagrama para L = 3.75 lambdas
Fig.22. Diagrama para L = 4 lambdas
Fig.23. Diagrama para L = 4.25 lambdas
Fig.24. Diagrama para L = 4.5 lambdas
Fig.25. Diagrama para L = 4.75 lambdas
Fig.26. Diagrama para L = 5 lambdas
Diagramas de radiación dependiendo de la longitud del hilo largo. FUENTE: http://ipellejero.es/hf/antenas/longwire/hilolargo2.php
La alimentación del hilo largo se puede hacer con un balun 9:1 cuando la impedancia de la antena se encuentra por encima de 400 Ohm y un UNUN cuando esta se enceuntra por debajo de los 400 Ohm. Por ejemplo, para un hilo largo de 16,20m lo aconsejable sería emplear un UNUN 9:1 y para un hilo largo muy largo, como mínimo algo así como 2,5 ondas enteras, para 10m (25m de largo el hilo) pero para la banda de 80m unos 50,50m; un balun 9:1.
Yo me olvidaría del Un-Un 9:1 y pondría un acoplador automático, pero entiendo que el coste no es el mismo, en la base todos radiales los que se pueda y cuantos más mejor y el rendimiento será bueno de 80 a 10m, cualquier antena de hilo largo con un Un-Un 9:1 que no tenga un hilo muy largo; aunque funcione tendrá muchas pérdidas.
Diseño de hilos largos multibanda.
En ocasiones, será necesario utilizar un hilo largo para trabajar en distintas frecuencias de la banda de HF, ya sea porque se precisa establecer enlaces a distintas horas del día, porque ha de enlazarse con varias estaciones cuyo enlace presenta MUF distintas o simplemente porque se está utilizando un modo de trabajo tipo ALE (Automatic Link Establishment) con un plan de varias frecuencias.
A continuación se indican varios criterios a tener en cuenta a la hora de diseñar hilos largos multibanda:
Uno de los criterios de diseño de mayor importancia puede ser la facilidad de transporte, por lo que el hilo deberá tener una longitud tal que pueda enrollarse y transportarse cómodamente.
La frecuencia de trabajo más baja dentro de nuestro plan determinará la longitud de onda más crítica, ya que a frecuencias más bajas se tienen mayores longitudes de onda y por tanto la longitud del hilo deberá ser mayor.
El acoplador de antena disponible también jugará un papel importante. Si se dispone de un UNUM y de un buen acoplador de antena, podrán utilizarse longitudes de hilo más cortas de lo habitual, aunque siempre teniendo en cuenta que los hilos más cortos proporcionan ganancias peores y que gran parte de la energía proporcionada por el transmisor se disipará en forma de calor en el acoplador.
Desde el punto de vista de la ROE, interesa que la longitud del hilo sea un múltiplo impar de 1/4 de la longitud de onda para todas las frecuencias de trabajo. Por tanto, si es imperativo utilizar una antena de hilo largo, los planes de frecuencias pueden diseñarse para adecuarse a sus características.
FUENTE: http://ipellejero.es/hf/antenas/longwire/hilolargo2.php
Los hilos largos y cortos difíciles de acoplar son aquellos que las longitudes de hilo empleadas coincidan exactamente con múltiplos de media onda en la frecuencia de trabajo, porque resonarían presentando altísima impedancia, porque serían como dipolos resonantes alimentados por un extremo, con una impedancia elevada entorno a 3000 ohmios, quedando fuera del margen de sintonía de los acopladores. Pasa lo mismo con longitudes que difieran +- 5% de la media onda.
En la práctica, el hilo largo menor de ¼ de longitud de onda en alguna banda en que intentamos sintonizarlo, su resistencia de radiación es inferior a los 50 ohmios de la impedancia característica del cable coaxial. Es lo que ocurre cuando utilizamos un hilo de 10 metros, que se comporta aceptablemente bien como antena de 1/4 de onda en 40 metros e intentamos trabajar los 80m o los 160m, sintonizándolo con el acoplador. En este caso si colocamos un balun 9:1 dividimos por 9 su impedancia y nos encontraríamos con 20/9 = 2,2 Ω de impedancia, lo que haría muy difícil si no imposible que consiguiéramos sintonizarla con un acoplador.
Si por ejemplo queremos acoplar un hilo corto o largo en 10 metros, debemos evitar los múltiplos de 5 metros que sería media onda en 10 m, así como los múltiplos de 5,70 metros para intentar acoplar en la banda de los 12 metros, así como también los múltiplos de 6,70 metros que sería media onda en 15 metros, etcétera.
FUENTE: http://radioaficion.biz/?p=127 Y http://www.cq-radio.com/revistas/CQ%20Radio%20-%20334.pdf
La utilización de una resistencia de carga para terminar cada rama, aparte de ser más cara debe contar con una toma de tierra en cada extremo. Para solucionar esto se puede utilizar una resistencia combinada con una línea de 1/4 de longitud de onda que simule la toma de tierra.
La antena rómbica supone una solución al intento de juntar las dos ramas del hilo largo y poder usar una sóla resistencia de carga final y no poner toma de tierra en el extremo. Al mismo tiempo, doblamos la ganancia (+3 dB) con respecto a la disposición en V, aunque necesitemos un espacio mayor.
Los problemas que evitamos en cuanto a las resistencias de carga, lo perdemos en relación al doble espacio necesario y a la cantidad de cable necesario.
Relación entre la longitud de un hilo largo y la ganancia.
Con un espacio de 100 m, podemos conseguir una ganancia en 14 MHz de más de 10 dB, igualando y superando la ganancia de una Yagi monobanda de tres elementos. Su ángulo de radiación vertical depende absolutamente de su altura relativa sobre el suelo medida en longitudes de onda.
Este es uno de l
os problemas que se presentan a la hora de montar una antena de hilo largo y una rómbica, ya que es difícil mantener un cable de 100 metros de longitud suspendido en el aire a 1/2 longitud de onda. Para la banda de 20m tenemos que colgarlo a 10 metros de altura, lo que nos exige tener mástiles elevados o colocar el hilo en forma de Sloper.
Esta solución consigue que uno de los lóbulos que rodean la extremidad del cable se acerque a la horizontal y bajar el ángulo de radiación, a la vez que dejando caer el cable nos ahorramos los soportes intermedios. Sólo hay que poner un solo mástil más alto del que desciendan una o dos ramas.
También es posible montar una antena rómbica en sloper, necesitando dos mástiles elevados en los dos extremos, y unos pequeños mástiles intermedios para elevar el centro de la antena.
Para cada longitud, hay un ángulo de abertura óptimo que permite obtener la máxima ganancia dada la longitud del cable.
La resistencia de radiación en el punto de alimentación es más elevada que la de un dipolo, encontrándose entre los 130 y 150 ohmios, si la antena es, resonante, y entre 150 y 200 ohmios si la antena termina en una resistencia de carga. Esto exigiría algún tipo de transformador de impedancias. Un balun de 1:4 si pretendiéramos alimentarla sin acopiador con cable de 50 ohmios, que multiplicado por 4 sería el que nos daría el valor más cercano a 150-200 ohmios, con lo que la ROE sería mínima en el cable de alimentación.
Fuente: Artículo publicado en CQ Radio Amateur, núm. 30, Mayo 1986.
Fernando, TZ6BB, nos aporta su experiencia con este tipo de antena en el foro técnico de URE http://www.ure.es/foro/6-tecnico/221503-colocacion-antenas-tipo-end-fedz.html.
Yo tuve durante algunos años una antena de hilo alimentada en el extremo. El hilo era bastante largo. Un extremo estaba sujeto a la copa de un árbol muy alto (con una cuerda de nylon para salvar el árbol) y el otro extremo iba conectado a un acoplador automático remoto, de manera que era un hilo largo inclinado. La longitud era aleatoria, de unos 90m en total, toda la que pude darle.
El acoplador estaba instalado a ras de suelo, y a la palomilla de toma de tierra del acoplador le conecté una pica de cobre para las chispas, clavada en un suelo bastante bueno, y también un abanico de 15 radiales enterrados bastante superficialmente que iban por debajo de mi hilo inclinado. Esos radiales tenían la misma longitud que el hilo, o quizá un poco más. Es decir, un montón de alambre enterrado.
El abanico de radiales era la contraantena, un elemento fundamental en antenas de hilo alimentadas en el extremo.
Del acoplador salía el cable coaxial de 50 ohmios y la línea de alimentación de 12v del acoplador, hasta el cuarto de la radio.
Era importante que la conexión entre el abanico y la palomilla fuese lo más corta posible, y por eso el acoplador iba a ras de tierra.
Aquella antena funcionaba bien en todas las bandas, entre 160 y 10m, aunque en las bandas bajas el QRN me volvía loco. Aún así hice con ella muchos DX buenos, incluyendo bastantes lugares del Pacífico en 160m, que es más o menos difícil.
En cuanto a la radiación del hilo, cuanto más elevada es la frecuencia más lóbulos de radiación presenta la antena. En la banda de 10m había, según un modelo que me hice, muchísimos lóbulos más o menos agudos y en la dirección que seguía el hilo. Es decir, que una antena de hilo se vuelve bastante direccional si es MUY larga con respecto a la longitud de onda en la que queremos transmitir (por lo menos dos o tres veces la longitud de onda).
El número y la complicación de los lóbulos iban disminuyendo según bajaba la frecuencia. En la banda de 160 había un único lóbulo, más bien con forma de globo un poco achatado. Ahí la antena ya no era tan direccional, ni mucho menos. De hecho era bastante omnidireccional y además radiaba gran parte de la energía hacia arriba, lo que está muy bien para calentar las nubes pero poco más. De todas maneras, al ser un globo achatado deduje que el ángulo de radiación todavía era aceptable, aunque muy grande comparado con el ángulo en la banda de 10m.
En principio, la regla es que la longitud del hilo ha de ser al menos media longitud de onda de la frecuencia más baja en la que queramos transmitir.
Como digo, el sistema era realmente muy eficaz. Lo más caro fue el acoplador remoto, desde luego, porque el resto fue hilo de cobre más o menos barato y una tirada de coaxial de unos 20m hasta el cuarto de la radio.
Para montar un hilo en ese plan hace falta un espacio muy grande del que yo disponía porque vivía más o menos en el campo. Seguramente en la mayor parte de los casos no es posible un montaje semejante (donde vivo ahora desde luego no lo es), pero de todos modos he pensado que las conclusiones a las que llegué sirven también para instalaciones más pequeñas, porque los principios físicos son los mismos.
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Fernando
TZ6BB
(aquella antena estaba en Zimbabwe, donde tenía el indicativo Z21BB).
Ejemplo práctico de construcción de un balun 9:1 para un hilo largo en https://angelsnz.net/ZL3SV/misc/Magnetic%20Long%20Wire%20UnUn%209.htm. Información obtenida de https://angelsnz.net/zl3sv.htm
Más información sobre el tema en http://radioaficion.biz/topicos-de-la-radioaficion-5-un-trozo-de-cable-como-hilo-largo-necesita-un-balun-91/
y en inglés en http://www.hamuniverse.com/randomwireantennalengths.html