Antenas de Hilo Largo (Long Wire)

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Resumen:

En este artículo se describen las antenas del tipo hilo largo o 'long wire', exponiéndose análisis de las mismas tanto en condiciones de espacio libre como sobre una tierra real de tipo medio. Los análisis se centran principalmente en el estudio de la impedancia y de los diagramas de radiación de hilos de diferentes longitudes. Para el caso práctico de hilos ubicados sobre tierra real, se exponen conclusiones sobre las alturas de instalación más recomendables para establecer enlaces NVIS y a larga distancia en la banda de HF.

ATENCIÓN: ARTÍCULO EN CONSTRUCCIÓN

1. Introducción.

2. Antena de hilo largo en el espacio libre.

2.1. Impedancia de la antena de hilo largo en el espacio libre.

2.2. Diagramas de radiación de la antena de hilo largo en el espacio libre.

2.3. Diseño de hilos largos multibanda.

3. Antena de hilo largo sobre tierra real.

3.1. Impedancia de la antena de hilo largo sobre tierra real.

3.2. Diagramas de radiación de la antena de hilo largo sobre tierra real.

3.3. Antenas de hilo largo para enlaces a larga distancia (DX).

3.4. Antenas de hilo largo para NVIS.

3.5. Conclusiones.

1. Introducción.

Las antenas de hilo largo, también conocidas como 'long wire', son probablemente las antenas de HF más baratas y más sencillas de construir. Tan sólo se requiere un hilo conductor, de longitud L, dispuesto en forma rectilínea y conectado a la radio en uno de sus extremos (mediante un cable coaxial, por ejemplo) y con el otro extremo en circuito abierto, conectado mediante un aislador a un soporte para mantenerlo separado del suelo. Preferiblemente y para mejorar las características radioeléctricas de la antena, deberá utilizarse otro hilo a modo de contraantena.

Este tipo de antenas presenta una impedancia elevada y los diagramas de radiación se ven muy afectados por el tipo de terreno sobre el que se instale la antena, por lo que resulta de interés realizar un estudio que permita determinar bajo qué circunstancias se pueden conseguir características radioeléctricas óptimas.

Las antenas de hilo largo presentan buena ganancia para operar en enlaces a larga distancia (DX) aunque, como veremos, bajo determinadas circunstancias también permiten la operación en NVIS.

En la fig.1 se muestra una antena de hilo largo en el espacio libre, modelada con 4Nec2. En la simulación, la antena se ha dispuesto a lo largo del eje "Y", con simetría en torno al eje de coordenadas, de forma que el diagrama de radiación simulado pueda visualizarse en torno a la propia estructura de la antena.

Fig.1. Antena de hilo largo modelada en 4Nec2.

En la fig.2 se muestra esa misma antena modelada con una contraantena de 1/4 de longitud de onda instalada a 90º del hilo principal. Este segundo modelo se utilizará principalmente para la simulación de la impedancia de la antena, ya que en el primero, al encontrarse el generador muy cerca de uno de los extremos del hilo (en el primer segmento), el algoritmo NEC no funcionaría correctamente.

Fig.2. Antena de hilo largo con contraantena modelada en 4Nec2.

El criterio de diseño principal es la selección de una longitud "L" del hilo adecuada a nuestra frecuencia de trabajo. La antena deberá ser lo suficientemente larga como para presentar unas propiedades adecuadas tanto para su conexión a una radio con impedancia de salida de 50 ohmios, como para tener un diagrama de radiación apropiado para el tipo de enlace de HF que se necesite. A lo largo de todo el artículo, la longitud "L" siempre se expresará en longitudes de onda (lambdas).

La longitud mínima de este tipo de antena difiere en función de los autores, siendo de una longitud de onda {1}, un medio de longitud de onda {2, 4, 5}, un cuarto de longitud de onda {5} o incluso un octavo de longitud de onda {7}, denominándose en todos los casos hilos de longitud aleatoria o "random-length wires" a las antenas que tienen menor longitud.

Respecto a la longitud máxima de la antena, a mayor longitud se tendrán mejores características de impedancia y mayor ganancia, siempre y cuando dicha longitud tenga una determinada relación con la longitud de onda de trabajo, como se verá más adelante. Hay que tener en cuenta que si el hilo es muy largo, puede acumular electricidad estática y generar descargas de corriente continua que podrían dañar al receptor {6}. Otro criterio de diseño importante en lo referente a la longitud máxima es el tipo de operación previsto: si se va a realizar una operación portable, la antena deberá pesar poco y ser fácilmente transportable, por lo que tampoco debe ser demasiado larga.

Las ondas de radio procedentes del transmisor se propagan a lo largo de todo el hilo, atenuándose en mayor magnitud cuanto mayor sea la longitud del hilo, hasta alcanzar el extremo en circuito abierto. En ese punto, las ondas se reflejan y comienzan a propagarse en el sentido opuesto. La combinación de las dos ondas que viajan en sentidos opuestos da lugar a una onda estacionaria, resultando una distribución de corrientes como la que se muestra en el ejemplo de la fig.3, que corresponde a un hilo de longitud igual a 5 longitudes de onda de trabajo ubicado en el espacio libre. En la distribución de corriente a lo largo del hilo se observan 10 semicilos (5 longitudes de onda).

Fig.3. Distribución de corriente en una antena de hilo de longitud 5 lambdas.

Como se verá en los siguientes apartados, el otro parámetro fundamental es la altura "H" a la que se instala el hilo largo sobre el suelo. En el apartado 2 se realiza un análisis de la antena en condiciones de espacio libre, para determinar cuáles son sus características radioeléctricas teóricas. En el apartado 3 se repiten los análisis pero instalando la antena a una altura "H" sobre una tierra real de tipo medio, que absorberá y reflejará las ondas emitidas por la antena y afectará por acoplamiento tanto a su impedancia como a su diagrama de radiación. En el apartado 4 se realizan simulaciones emplazando la antena directamente sobre el suelo. Finalmente, en el apartado 5 se muestran algunos ejemplos de instalación de hilos largos.

En la parte inferior de este apartado se muestran las referencias utilizadas en el artículo, la bibliografía recomendada y los agradecimientos.

Referencias y bibliografía.

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