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La experiencia enseña que es conveniente disponer de algún tipo de multiplicador o amplificador de señal, para una recepción ventajosa en los contactos DX realizados en HF.

Este amplificador puede muy bien ser una antena directiva Yagi, de la que el autor nos habla extensamente en estos capítulos.

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En CQ Radio Amateur, núm. 5, comenzamos una exposición técnica sobre la antena Yagi, desde el simple dipolo, pasando por la teoría de los elementos parásitos, hasta las directivas monobandas de dos, tres y más elementos. Quedaba claro que las directivas de los doctores Yagi y Uda estaban pensadas para trabajar en una sola banda o frecuencia. Pero las antenas Yagi, al igual que los dipolos, pueden utilizarse en varias frecuencias si se incorporan circuitos resonantes, tales como los ensayados por Howard K. Morgan en los primeros años de la década de los cuarenta y Chester Buchanan en los primeros de los cincuenta. Con ello se iniciaron los dipolos con trampa y particularmente las Yagi con trampas, que vamos a estudiar a continuación.

Primero examinaremos como funcionan las trampas, después las Yagi multibanda con trampas. En un próximo número haremos la comparación entre antenas cúbicas y antenas Yagi.

Teoría y funcionamiento de las trampas

Resultará conveniente revisar un poco la historia, la teoría y el funcionamiento de las trampas aplicadas a un simple dipolo, para luego transferir estos conocimientos a la Yagi.

Las primeras experimentaciones con trampas se atribuyen a un ingeniero que trabajaba para una compañía aérea. Se precisaba disponer de una sencilla antena multibanda que proporcionara a una estación receptora en tierra, buena recepción de señales de HF en diferentes frecuencias. Este hombre era Howard K. Morgan, que partiendo de una antena dipolo de media onda, en la que se intercalaban circuitos resonantes (condensador y bobina en paralelo) a distancias determinadas, se obtenía un funcionamiento de la antena para diferentes frecuencias. Publicó sus resultados en la revista «Electronics» de agosto de 1940. Por aquel entonces habían muy pocos radioaficio nados que se interesaran por las ante nas con trampas.

En 1950, Chester Buchanán, W3DZZ publicó un artículo en la ya vieja revista Radio and Television News. Describía una antena directiva con circuitos sintonizados, que resultaron muy populares al publicarse más tarde en la revista QST. Entre 1950 y 1960, las trampas conquistaban el terreno práctico para las directivas multibanda, al permitir trabajar varias bandas sin conmutación en el sistema de antenas, y además pudiendo ser alimentadas por cable coaxial.

En la actualidad la antena con trampas es utilizada profusamente. La mayoría de radioaficionados adquieren un transceptor multibanda con cobertura desde 160 u 80 metros hasta 10 metros. Esta cobertura tan amplia lleva a la búsqueda de un sistema de antena multibanda sencillo que precise de pocos o ningún ajuste. Pero además muchos radioaficionados viven en inmuebles, apartamentos o edificaciones, en los que se es copropietario, y en donde la azotea es compartida por otros vecinos. Ello obliga a disponer de antenas de tamaño reducido, lo cual se logra con el uso de las trampas.

Cuando una antena dipolo con trampas está bien diseñada se obtiene la capacidad de trabajo multibanda, y una eficiencia muy próxima a utilizar antenas separadas para cada banda, si bien las trampas, hay que reconocerlo, introducen unas pequeñas pérdidas pero no mayores que cuando se comparan con otros conjuntos de antenas que pueden tener un sistema de tierra inadecuado, o bien un ajuste pobre u otras deficiencias cuando se utilizan como multibanda.

El dibujo corresponde a la configuración típica de una antena con trampas para cinco bandas. Se utilizan cuatro pares de trampas para conseguir resonancia simultánea en las cinco bandas.

La sección interior A-A actúa como antena para 10 metros. Las otras, B-B, C-C, etc., para las demás bandas en frecuencia decreciente. La antena completa E-E sirve para los 80 metros, y se comporta como una antena dipolo de media onda, si bien por efecto de las trampas resulta algo más corta de lo que correspondería sin ellas, es decir, del valor obtenido por fórmula.

Un dipolo para cinco bandas puede ser construido con un simple par de trampas, si bien para trabajar en las bandas altas, como 20,15 y 10 metros, se trabaja en sistema de armónicos, lo que comporta un valor de ROE imprevisto.

Los dipolos con trampas se alimentan normalmente con cable coaxial de 50 o 75 ohmios.

Figura 1. Antena dipolo horizontal con trampas básica.

[Foto]

Un ejemplo de diseño moderno de Yagi es la ATB-34 de Cushcraft, que sirve para 10,15 y 20 metros, utilizando trampas montadas en formas de fibra de vidrio de bajas pérdidas. La ganancia es de 7,5 dB en cada banda y la relación frente/espalda de 18 a 22 dB. Obsérvese el único par de trampas del director principal y un director intercalado sólo para 10 metros. (Foto cortesía de Cushcraft Corp.).

Las trampas resultan como aisladores para su frecuencia de resonancia, ya que presentan entonces una impedancia muy elevada, mientras que para las otras frecuencias se comportan como si no existieran. Esto permite que para las diferentes frecuencias el dipolo resulte más o menos largo, sin necesidad de una conmutación mecánica. El comportamiento explicado se ilustra en la figura 1.

Como ya se ha indicado, las trampas de antena son eficaces. El rendimiento de dipolos separados, respecto a un dipolo con trampas, es ligeramente mayor debido a que las trampas no son aisladores perfectos. Pero cuando se utilizan trampas con alto valor del factor de calidad Q, se consigue que esta diferencia sea pequeña. Las trampas fabricadas comercialmente ofrecen buena calidad, bajas pérdidas y un buen aislamiento contra los elementos atmosféricos, tales como humedad, agua, hielo, etc. No obstante, las trampas pueden ser perfectamente realizables por el mismo radioaficionado, obteniendo excelentes resultados.

Hay dudas sobre el hecho de que utilizar trampas produzca buenos resultados. Con trampas, lo que estamos haciendo es obtener 5 o 6 antenas en una sola, y algo hay que pagar por esta gran ventaja de espacio y conmutación. En teoría las trampas son perfectas, pero en la práctica no sucede exactamente lo mismo. Usualmente es preciso ajustarlas muy cuidadosamente cada una, y acortar o alargar las diferentes secciones de la antena, o incluso' utilizar el «truco» de alargar o acortar la propia línea de transmisión para obtener una carga lo más uniforme posible en cada banda. Aún así, conseguir en todas las bandas una ROE perfecta es una utopía.

Lo importante es trabajar razonablemente bien las bandás que a uno le interesen. Utilizando una línea de alimentación o cable coaxial de bajas pérdidas y longitud reducida, la antena podrá funcionar bien con ROE tan alta como 4 a 1 o 5 a 1, si bien es recomendable utilizar un acoplador de antena, especialmente para cargar adecuadamente el equipo, y con mayor motivo si éste es de estado sólido. El compromiso de obtener una ROE muy baja, es casi imposible de conseguir en aquellos dipolos que sólo disponen de una trampa en cada brazo, y que trabajan todas las bandas, alguna de ellas por relación de señales armónicas o múltiples. Entonces es prácticamente imposible conseguir la ROE de 1:1 en todas las bandas, ya que al ajustar para conseguir el mínimo valor de ROE en una banda, se está desajustando la antena para trabajar en otra banda.

Es esencial que la antena con trampas disponga de una instalación elevada y libre de obstáculos. Esto es más crítico que con las antenas sin trampas. Con las trampas los obstáculos próximos producen una gran influencia. Al igual que otras antenas horizontales, el ángulo de radiación vertical depende de la altura de la antena sobre tierra. En general, cuando más alta está la antena, más bajo será el ángulo de radiación. Las alturas más comunes de estas antenas consiguen un ángulo de 30 a 35 grados con la horizontal. Estas alturas son del orden de una mitad de longitud de onda; si es menos, lo que ocurre enlas bandas más bajas, el ángulo de radiación será más alto, y si la altura es mayor, lo que puede ocurrir en las bandas más altas, entonces el ángulo de radiación es más bajo.

Pocas veces se considera la posibilidad de que se radien armónicos gracias a las trampas, que se prestan a ello. Por lo tanto debe considerarse la posibilidad de mejorar la señal radiada utilizando un acoplador de antena, aunque no sea realmente necesario para bajar el valor de ROE. Una sintonización del acoplador de antena reducirá los armónicos que puede emitir el transceptor, en un valor del orden de los 10 dB, lo que es importante para ayudar a evitar interferencias y, por tratarse de armónicos, incluso en las propias bandas de aficionados.

Estamos refiriéndonos en general de las trampas aplicadas a una antena dipolo. Pero las trampas pueden utilizarse a otros tipos de antenas como verticales, colineales, etc., y además pueden combinarse con bobinas para obtener acortamientos físicos de las antenas. Consideremos a continuación un caso particular de la antena multibanda con elementos parásitos.

Antena Yagi multibanda

La antena directiva por excelencia es la Yagi para 10, 15 y 20 metros. Esta tribanda utiliza el mismo principio de trampas que la simple antena dipolo, para que resuenen sus elementos: excitado, reflector y director, consiguiendo un elevado valor de ganancia, directividad y relación frente/espalda (F/E).

La antena Yagi representa un buen compromiso de antena multibanda, pues presenta un tamaño reducido, una ganancia razonable y una relación F/E alta, al compararla con antenas monobandas separadas, que ocupan mucho más espacio y además el precio global es bastante más elevado. Cuando el tamaño de los elementos de la Yagi son en total inferiores a media longitud de onda, entonces las pérdidas empiezan a ser importantes, ya que las trampas también hacen la función

Ejemplo de una trampa para directiva monobanda. El condensador sirve como cubierta exterior, el dieléctrico es el mismo aire, lo que proporciona capacidad entre el cilindro y el mismo bobinado. Un casquete protege de la intemperie. Algunos fabricantes encapsulan todo el conjunto bajo una capa protectora.

El funcionamiento eléctrico es sencillo, pero la complejidad es más bien de orden mecánico, ya que debe soportar el peso del elemento.

Algunas directivas disponen de dos trampas combinadas en un solo encapsulado y un solo condensador cilíndrico.

Figura 2. Croquis de una trampa para antena directiva.

Se puede apreciar el esquema de una tribanda de tres elementos para 20, 15 y 10 metros. El elemento excitado está situado hacia el centro para ser alimentado directamente, o bien con un adaptador Gamma u otro sistema de ajuste y se utiliza un total de 12 trampas. Sin embargo, algunos diseñadores incluyen dos trampas en un solo conjunto, resultando una construcción más sencilla y con una longitud más reducida. Algunas veces se incluye un director separado para 10 metros, lo que permite sacar un par de trampas al director principal, funcionando sólo para 20 y 15 metros.

Figura 3. Dibujo de la antena tribanda Yagi con trampas.

de acortar la longitud física de la antena. Pero esto, normalmente, sólo ocurre cuando se piensa en una Yagi multibanda que incluya los 80 y 40 metros, caso muy poco usual.

Como comentábamos, la Yagi con trampas tiene sus antecedentes en el dipolo multibanda de Morgan, pero adquiere su desarrollo fundamental con las publicaciones de W3DZZ en 1950. Las trampas o circuitos LC actúan como verdaderos interruptores para las diferentes frecuencias. En la antena tribanda típica, la sección más interior con sus trampas resuena a la frecuencia de 15 metros, y la antena entera resuena a los 20 metros; esto ocurre tanto para el elemento excitado, como para el reflector o director.

El corazón de la antena Yagi multibanda es naturalmente la trampa. Algunos radioaficionados se hacen sus propias trampas para antenas dipolo multibandas, utilizando una inductanCia hecha con un bobinado al aire y un condensador cerámico de emisión, todo ello alojado dentro de un tubo o caja para protección contra la intemperie. Ahora bien, para antenas tribanda Yagi, las trampas son algo más sofisticadas pues, además de su función eléctrica, deben cumplir con requisitos mecánicos que no siempre están al alcance de los radioaficionados.

Los fabricantes de antenas tribanda Yagi han ideado diferentes soluciones para la construcción de las trampas. La más popular es la que utiliza como condensador una malla o cubierta exterior, y como dieléctrico aire. A veces la trampa está totalmente encapsulada en material muy resistente mecánicamente, a la vez que se obtiene protección contra la intemperie. (Véase figura 2). El efecto de las trampas, al igual que en el dipolo, es reducir ligera mente las dimensiones de la antena, respecto a lo que sería una monobanda para la menor frecuencia utilizada.

Existe una pequeña pérdida en la tribanda, respecto a las monobandas, pero esto no tiene gran importancia, en cambio, sí que existe una desventaja al hablar de ancho de banda. Típicamente una tribanda de 10 metros tiene un ancho de banda muy parecido a una antena monobanda de 10 metros, pero la diferencia se acusa en los 15 metros, y aún más en 20 metros. Cuanto más corta sea la antena, más reducido quedará el ancho de banda, y aún más, si el soporte central o boom es también reducido. Esto no quiere decir que el rendimiento de la antena se desmejore, pero sí que aumentará la ROE en los extremos de la banda, lo cual puede ocasionar trastornos en equipos con paso final de estado sólido, por lo que puede ser recomendable el uso de un acoplador de antena.

Hasta aquí nos hemos referido ala Yagi multibanda como sinónimo de antena Yagi con trampas. No obstante es posible realizar antenas Yagi multibandas de otra forma menos frecuente. Vamos a mencionarlas.

En lugar de trampas es posible utilizar secciones coaxiales resonantes a una frecuencia. En una tribanda deberán existir tres secciones coaxiales. Una sección más corta, que resonará a la frecuencia más alta, otra un poco más larga y en el centro para la frecuencia media, mientras que la sección más larga corresponde a la frecuencia más baja. Estas secciones están desacopladas unas de otras porque la impedancia entre el extremo de una de ellas con relación a la sección contigua, es muy alta. El elevado factor «Q» que se obtiene hace difícil el ajuste, con resultados a veces críticos.

Este diseño algunas veces se cambia, reemplazando las secciones coaxiales por elementos conductores lineales. El resultado es un sistema de dipolos paralelos conectados conjuntamente al mismo punto de alimentación de igual forma que los dipolos múltiples. Esta disposición es menos costosa que la de las secciones coaxiales, pero ambos sistemas son muy poco utilizados en la práctica.

Un sistema que se emplea actualmente es sustituir las trampas formadas por inductancia y capacidad, por una línea de transmisión de un cuarto de onda. Cuando se cortan estas líneas de forma adecuada, se consigue un rendimiento algo mejor que con las trampas convencionales.

Otra posibilidad es construir antenas multibanda de otra forma, colocando dos antenas con elementos parásitos de diferentes bandas en el mismo soporte central. Pueden ser una tribanda y una monobanda, o dos monobandas. No obstante es muy difícil evitar que exista interacción entre ellas, resultando algunas resonancias extrañas. A estos diseños se les llama híbridos y tienden a conseguir el máximo de bandas con el mínimo peso. La figura 3 ilustra una tribanda con trampas.

73, Karl, W8FX