La búsqueda de una antena eficiente y económica para la banda de VHF de 2 metros es un objetivo común entre los radioaficionados. Si bien existen numerosas opciones comerciales, la construcción de antenas dipolo caseras ofrece una alternativa gratificante y a menudo más económica, permitiendo además una adaptación precisa a las necesidades específicas del operador. Este artículo explora diversas técnicas y diseños para la creación de antenas dipolo caseras, centrándose en la banda de 2 metros (144-148 MHz) y abordando aspectos clave como la longitud de los elementos, la impedancia, la polarización y la optimización del rendimiento.
Principios Fundamentales de las Antenas Dipolo
Una antena dipolo es uno de los tipos más básicos y versátiles de antena. En su forma más simple, consta de dos conductores de igual longitud, orientados en direcciones opuestas y alimentados en el centro. La longitud total de un dipolo de media onda es aproximadamente la mitad de la longitud de onda de la frecuencia de operación. Para la banda de 2 metros (aproximadamente 2 metros de longitud de onda), un dipolo de media onda tendrá cada elemento midiendo cerca de 1 metro.
La frecuencia de resonancia de una antena está directamente relacionada con la longitud de sus elementos. Si una antena es demasiado larga, resonará en una frecuencia más baja; si es demasiado corta, resonará en una frecuencia más alta. Este principio es fundamental para el ajuste y la optimización de cualquier antena casera.
La Antena 5/8 de Onda: Un Diseño para Baja Elevación del Lóbulo de Radiación
Las antenas denominadas de 5/8 (cinco octavos) reciben esta denominación debido a que el elemento irradiante presenta un 62.5% de la longitud de onda de la frecuencia deseada. Este tamaño es mayor que el de las antenas de ½ o ¼ de onda. Una característica distintiva y ventajosa de las antenas 5/8 es su lóbulo de radiación, que tiende a ser más bajo en el horizonte. Esto es particularmente importante en frecuencias superiores a 30 MHz, como la banda de 2 metros.
Las frecuencias de VHF y superiores tienen la capacidad de atravesar las capas de la ionosfera. Por lo tanto, toda la radiación que se dirige hacia el cielo no es útil para las comunicaciones que dependen de la propagación terrestre o de enlaces directos (line-of-sight). Una antena con un lóbulo de radiación bajo maximiza la energía radiada en la dirección horizontal deseada, mejorando el alcance y la calidad de las comunicaciones. Las modalidades que no utilizan la ionosfera como medio de propagación, como las comunicaciones con la Estación Espacial Internacional, satélites o rebote lunar, son excepciones a esta regla, pero para la mayoría de las comunicaciones terrestres en VHF, un lóbulo bajo es preferible.
La construcción de una antena 5/8 a menudo implica un elemento vertical principal y un sistema de planos de tierra o radiales. Para una antena base de 2 metros, se pueden emplear cuatro planos de tierra de aproximadamente 50 cm cada uno, que equivalen a ¼ de longitud de onda. Estos radiales se disponen horizontalmente sobre una placa metálica donde se monta el conector SO-239. Es crucial que el conector SO-239 esté protegido de la lluvia para asegurar una conexión eléctrica fiable y duradera.
Al construir este tipo de antena, se debe prestar atención a los materiales. La recomendación de uso de tornillos y tuercas de acero inoxidable es fundamental para prevenir la corrosión y asegurar la integridad estructural a largo plazo, especialmente en exteriores.
Construcción de un Dipolo Vertical para Bandas de 11 y 10 Metros (Aplicable a VHF)
Aunque el siguiente diseño se describe para las bandas de 11 y 10 metros (aproximadamente 27 MHz), los principios de construcción y ajuste pueden ser adaptados para la banda de 2 metros de VHF. Este diseño es una excelente alternativa para quienes disponen de poco espacio, ya que no requiere radiales extensos hacia los costados ni antenas horizontales. Básicamente, se trata de un dipolo con polarización vertical.
El elemento radiante superior puede ser construido utilizando una línea bifilar de 300 ohmios, cortocircuitada en ambos extremos. El objetivo de esta técnica es simular un conductor de mayor diámetro, lo que influye positivamente en el ancho de banda de la antena, haciéndola menos sensible a pequeñas variaciones de frecuencia. Este elemento se conecta únicamente al conductor interno de la línea coaxial.
Un componente clave en este diseño es el choque de RF (Radiofrecuencia). El choque de RF actúa como una barrera que aísla el extremo inferior de la antena de la línea coaxial de bajada. La construcción de este choque implica enrollar varias espiras de cable coaxial (o alambre de cobre) juntas. Esta configuración de espiras maximiza la impedancia equivalente en modo común en ese punto. La inductancia de las espiras y la capacitancia entre ellas forman un circuito resonante paralelo que presenta una impedancia muy elevada alrededor de la frecuencia de operación (en el caso de 27 MHz, es de unos 27 MHz). Para la banda de 2 metros, este choque debería ser diseñado para resonar en esa banda.
Si se adaptara este diseño para 2 metros, y asumiendo una frecuencia central de 146 MHz, la longitud de los elementos (el irradiante y el tramo coaxial que funciona como brazo inferior del dipolo) debería ser calculada para esta frecuencia. La longitud total de un dipolo de media onda para 146 MHz es de aproximadamente 1.03 metros. Por lo tanto, cada elemento mediría cerca de 0.515 metros.
El montaje de este tipo de antena se beneficia enormemente del uso de un mástil de fibra de vidrio. La fibra de vidrio es un excelente aislante y presenta una baja pérdida dieléctrica a las frecuencias de operación de VHF, lo que minimiza las pérdidas de señal.
Es interesante notar cómo la humedad relativa del aire puede afectar la resonancia de la antena. Cuando la humedad es elevada (superior al 80%, como en días de lluvia), la frecuencia de resonancia de la antena tiende a disminuir, lo que a su vez aumenta la ROE (Relación de Onda Estacionaria) en los canales de operación.
Construcción Detallada: Tubos y Conexiones
Para el tubo central que soporta los elementos de la antena, se prefiere el uso de un "tubo cuadrado" de aluminio de 1 pulgada. Este material es más fácil de perforar y permite centrar con precisión cada tubo de los elementos. Estos tubos cuadrados se pueden encontrar en tiendas especializadas que venden e instalan vidrios para ventanas y puertas corredizas. Aunque se podría usar hierro, este se oxida y resulta muy pesado. Los elementos de la antena suelen fabricarse con tubo de aluminio de ½ o 3/8 de pulgada.
El Ajuste del "Gamma Match"
La fabricación y el ajuste del "gamma match" puede ser un proceso un poco más complejo. El "gamma match" es un dispositivo de adaptación de impedancia que permite ajustar la antena para obtener la ROE más baja posible. Necesitaremos un conector tipo "PL Chasis" (SO-239) al cual se conecta el "gamma match" y el cable coaxial de bajada hacia la radio.
Para el cable que entra en el tubo del "gamma", se puede utilizar el conductor interno de un cable coaxial RG8/U. El diseño del "gamma match" implica un tubo conductor que se desliza dentro de otro, permitiendo ajustar la longitud del elemento de adaptación. La conexión del "gamma match" a un "PL Chasis" y el ajuste de la prensa ajustable de los tubos del "gamma" son cruciales.
Para ajustar la antena, se corre el "gamma" hacia afuera o adentro, buscando el mejor ajuste de ondas estacionarias (S.W.R.). Si el dieléctrico (aislante) del cable del "gamma" queda muy expuesto, se puede cortar poco a poco. Por el contrario, si se introduce todo el cable y no se logra el ajuste deseado, puede ser necesario cambiar el tubo por uno más largo y, si fuera necesario, también el dieléctrico (cable interno).
El tipo de cable utilizado en el interior del "gamma match" influye en su comportamiento. El centro del coaxial RG8/U, con su aislante transparente, suele dar los mejores resultados. Utilizar otro tipo de cable, como el utilizado en instalaciones eléctricas (6 AWG), se comportará de manera diferente.
Montaje y Polarización en 2 Metros
Dado que la polarización de las antenas en 2 metros es típicamente vertical, el soporte o mástil, según los enfoques más conservadores, debería ubicarse de manera que no interfiera con el patrón de radiación. En algunos diseños, el mástil se monta por debajo de la antena.
Antena Yagi de 4 Elementos: Ganancia y Rendimiento
La antena Yagi es una antena directiva que ofrece ganancia en una dirección específica. Una Yagi de 4 elementos, calculada para operar alrededor de 146 MHz, puede proporcionar un rendimiento notable. Las medidas de una Yagi de 4 elementos muy probada son las siguientes:
- "Bun" (Soporte principal): Un tubo cuadrado de aluminio de 1 pulgada (1 por 1).
- Elementos: Tubos de aluminio de 1/2 pulgada.
- Reflector: Si el reflector es más largo, la antena suele funcionar igual de bien.
- Gamma Match: Se ajusta con un pedazo del mismo "tubo cuadrado" que soporta los elementos ("Bun"). Se mueve la unión de aluminio entre los tubos sin sacar el dieléctrico. En el "gamma" se utilizan 16 cm de alambre del centro del coaxial con forro (dieléctrico), dentro de un tubo de 24 cm de largo.
El conector "PL Chasis" (SO-239) se orienta hacia atrás si la antena se soporta por detrás. Si se soporta por debajo, se puede acomodar de otra manera. Es importante proteger el interior del "gamma" de la entrada de agua, utilizando un tapón y sellando la unión al PL con resina o cinta de hule vulcanizada.
Cuando el mástil se sitúa por debajo de la antena, el cable coaxial cuelga y no interfiere con el ajuste de la antena. Las pruebas realizadas con este tipo de antena Yagi han demostrado un rendimiento sorprendente. Aunque la ganancia en decibelios puede ser difícil de medir con precisión sin equipo especializado, al compararla con antenas comerciales omnidireccionales de buena calidad que anuncian 6 dB o 7 dB de ganancia, estas Yagis caseras las superan considerablemente.
Ampliando la Ganancia: Yagis de Más Elementos
Es posible aumentar la ganancia de una antena Yagi agregando más elementos (directores). Al construir una antena Yagi, se puede comenzar montando el reflector y el dipolo (elemento excitado) para realizar el ajuste inicial. Luego, se van agregando cada uno de los directores, reajustando la antena con cada adición para asegurar un ajuste más seguro y optimizado.
Se ha observado que, en la práctica, después de probar con medidas teóricas, los constructores a menudo terminan dejando los elementos ligeramente más largos. Por ejemplo, teóricamente, para el elemento excitado a 146 MHz, la longitud sería de 97 cm, mientras que en algunos diseños probados se utilizan 99 cm o 98 cm. Esto subraya la importancia de la experimentación y el ajuste fino en la construcción de antenas caseras.
#0081 Antenas yagi: ¿Como afecta el mástil el desempeño?, torre, pilar, poste, columna, por XQ2CG
Consideraciones sobre Software de Simulación y Mediciones de Campo
El uso de software de simulación como MMANA-GAL puede ser una herramienta valiosa para predecir el rendimiento de una antena antes de su construcción. Las simulaciones pueden ayudar a determinar las dimensiones óptimas de los elementos y predecir la ganancia y el patrón de radiación. Sin embargo, las mediciones de campo y las pruebas prácticas son insustituibles para validar los resultados teóricos.
Un colega ha reportado, tras pruebas de campo y simulación por software, que una antena específica de 4 elementos resuena en 141 MHz. En cuanto a la ganancia, se observa que es de 8.22 dBi, lo que equivale a 6.07 dB respecto a un dipolo de media onda, o 6.07 dBd. Esta información resalta la variabilidad que puede existir entre diseños teóricos y resultados prácticos, y la importancia de la iteración en el proceso de diseño y construcción.
Materiales y Herramientas Comunes
Para la construcción de estas antenas, se suelen emplear los siguientes materiales y herramientas:
- Tubos de aluminio: De diferentes diámetros (1 pulgada, 1/2 pulgada, 3/8 de pulgada) para el soporte principal y los elementos.
- Cable coaxial: RG8/U o similar para el cableado interno y la construcción de choques de RF.
- Conectores PL (SO-239): Para la conexión a la línea de bajada.
- Tornillos, tuercas y arandelas: Preferiblemente de acero inoxidable.
- Mástil: Fibra de vidrio o PVC para el soporte vertical.
- Herramientas de corte y perforación: Taladro, sierras para metal, limas.
- Herramientas de soldadura: Soldador y estaño.
- Equipo de medición: ROE-metro (SWR meter) y, si es posible, un analizador de antenas.
- Cinta métrica: Para asegurar la precisión de las longitudes.
La construcción de antenas dipolo caseras para la banda de 2 metros de VHF es un proyecto accesible que permite a los radioaficionados obtener equipos de alto rendimiento a un costo reducido. La experimentación, la atención al detalle en la construcción y el ajuste cuidadoso son claves para maximizar la eficiencia y el rendimiento de estas antenas.