ANTENAS (PREGUNTAS FRECUENTES)


¿Qué es una impedancia?

En las redes de corriente alterna (AC) la oposición que presenta una carga al paso de la corriente es caracterizada por su impedancia. Éste es un valor complejo (parte real y parte imaginaria) y que se representa así: Z = R + jX, donde:

 
Z = Impedancia (en ohms)
R = Resistencia (en ohms) (siempre positivo o cero)
X = Reactancia (en ohms) (positivo, negativo o cero)
j = unidad imaginaria (en análisis y síntesis de circuitos se designa con j en vez de con i, para no confundirla con la corriente instantánea)

Las antenas que instalamos se pueden caracterizar también por su impedancia, siendo dicha antena la carga final de un circuito que, en este caso, radiará energía al espacio (además de disipar cierta cantidad de energía por el efecto de las pérdidas; disipar no es lo mismo que radiar).

Como cualquier otro número complejo en matemáticas, la impedancia se puede representar también en notación módulo-argumental: Z = (|Z|, Ph), donde:

Z = Valor complejo de la impedancia (en ohms)
|Z| = Módulo de la impedancia (en ohms; siempre positivo o cero)
Ph = Fase de la impedancia (en radianes o grados)
|Z| = sqrt (R^2 + X^2) (siempre mayor o igual a cero)

 
Nota:

En la literatura anglosajona al módulo de la impedancia le denominan “magnitud” (magnitude, en inglés).

 
Aclaraciones:

    • Z es un valor complejo (R + jX).
    • R no es la impedancia de la antena (salvo que la reactancia sea cero).
    • X no es la impedancia de la antena (salvo que la resistencia sea cero).
    • En los analizadores de antenas Z no es la impedancia de la antena, sino su módulo o magnitud (en realidad deberían expresarlo como |Z|).
    • Aunque el módulo (o magnitud) de una impedancia sea de 50 ohms, eso no significa que la impedancia propiamente dicha sea de 50 ohms. Un ejemplo de este caso es un valor Z = 0 + j50 ohms. Un analizador de antenas nos mediría una magnitud de 50 ohms. Sin embargo Z no es 50 ohms. La ROE medida sería muy elevada.


¿Qué es la impedancia conjugada?

Dada una impedancia Z = R + jX, su impedancia conjugada se define como Z* = R – jX. Es decir, consiste en cambiar el signo de la parte imaginaria de la impedancia (la reactancia).


 
¿Qué es un circuito resonante?

Un circuito se denomina resonante (para una frecuencia determinada) si el valor equivalente para su impedancia compleja se puede expresar como Z = R + j0 ohms. Es decir, la carga no tiene componente reactiva.

Por tanto, la frecuencia de resonancia de una antena viene determinada por el valor f que hace que su impedancia Z sea resistiva pura (X = 0 ohms). En este caso Z=R.
 


Si la impedancia de mi antena es Z = R + jX, ¿cómo sé si es reactiva?

La componente reactiva de una impedancia viene determinada por el valor X. Cuando es cero, la impedancia de la antena es resistiva pura. Cuando es distinta de cero, la antena tiene cierto comportamiento reactivo (que puede ser inductivo o capacitivo).

Si el valor de X es positivo, el comportamiento es inductivo, siendo X=wL.
Si el valor de X es negativo, el comportamiento es capacitivo, siendo X=1/wC.

Siendo:

w = pulsación = 2·pi·f (en rad/s)
f = frecuencia (en Hz)
L = inductancia (en Henrios)
C = capacidad (en Faradios)
 


Si mi antena es resonante para una frecuencia determinada, ¿es eficiente?

La eficiencia en transmisión o recepción de una antena viene determinada por sus dimensiones y topología, que deben estar en relación con la longitud de onda de trabajo. Por tanto, la resonancia no es un factor que determine el rendimiento.

Recordemos que “resonante” implica X=0. Esto no garantiza en absoluto que la antena sea eficiente en transmisión o recepción.
 


¿Qué es la ROE?

Es un valor que sirve para caracterizar la relación entre la señal incidente y la reflejada en un punto de un circuito. Aunque se define a partir de las amplitudes de estas dos señales, lo normal es que se relacione, de forma práctica, con el coeficiente de reflexión
 


Si mi antena es resonante para una frecuencia determinada, ¿tendré ROE?

Si la antena es resonante significa que Z=R (no hay reactancia). En este caso, si medimos la ROE en el punto de alimentación de la antena, el valor será tanto mayor cuanto mayor diferencia exista entre R y la impedancia característica del cable coaxial. No tendremos ROE únicamente cuando esa impedancia característica sea resistiva pura e igual al valor R.

Recordemos que la ROE siempre se mide en un punto de un circuito. La ROE medida en el punto de alimentación de la antena no será la misma que midamos en el cuarto de radio, salvo que exista adaptación de impedancias en toda la línea o se escoja una determinada longitud específica de cable coaxial.
 


¿Por qué queremos tener adaptación de impedancias?

Necesitamos adaptación de impedancias en todo el circuito comprendido entre nuestra emisora y el punto de alimentación de la antena para garantizar que siempre se transfiere la máxima energía posible.

Recordemos que la adaptación de impedancias se evalúa en un punto de un circuito. Si tenemos adaptación en toda la línea (emisora-cable coaxial-antena), la antena podrá radiar la máxima energía posible (que siempre será inferior a la que entrega la emisora, por el efecto de las pérdidas en el cable y en la antena).

De acuerdo con el teorema de la máxima transferencia de potencia, en un punto de un circuito se cumple la máxima transferencia cuando hacia un lado tenemos una impedancia Z y hacia el otro su impedancia conjugada Z*. En el caso del punto de alimentación de una antena, hacia el cable coaxial siempre veremos una impedancia Z=R (la reactancia es cero), y por tanto es deseable que la antena sea resonante (X=0) y además con una impedancia Z*=Z=R. En este caso la impedancia conjugada coincide con la Z, pues no hay reactancia a la que cambiarle el signo. Este es el motivo por el cual siempre debemos buscar que una antena sea resonante (X=0) y con un valor de R igual a la impedancia característica del cable coaxial. LA MÁXIMA POTENCIA DISPONIBLE EN EL PUNTO DE ALIMENTACIÓN SERÁ IGUAL A LA POTENCIA ENTREGADA A LA ANTENA.


 
Si dispongo de una antena balanceada fabricada a partir de un buen diseño, y que es resonante a la frecuencia de trabajo, pero su resistencia no es igual a la impedancia característica del cable coaxial, ¿qué puedo hacer para garantizar la máxima transferencia de energía a la antena?

Lo correcto es instalar en el punto de alimentación un BALUN DE CORRIENTE con la relación de transformación de impedancias adecuada a ese caso. Se deberá escoger un dispositivo de calidad, con bajas pérdidas de inserción.
 


¿Es posible que mi analizador en el punto de alimentación de la antena mida una ROE de 1:1, siendo la resistencia R=50 ohm y la reactancia X=32 ohm?

No es posible. El equipo está mal calibrado.
 


¿Puedo tener una medida de ROE de 1:1 en el shack y que en el punto de alimentación de la antena no haya adaptación de impedancias?

Sí. Puede que la antena sea reactiva y que el efecto del cable coaxial (que es un transformador de impedancias) haga ver en el shack una impedancia próxima a 50 + j0 ohm. En este caso, el analizador presentará en pantalla una valor de ROE de 1:1.



Si instalo una antena balanceada que, además, es simétrica, ¿debo utilizar balun en el punto de alimentación?

En este caso lo ideal es instalar un balun de corriente de la relación de transformación de impedancias adecuada. Si no lo instalamos, ante cualquier asimetría tal como un ramal ligeramente más largo que el otro, un ramal más cerca de una fachada que el otro, un ramal más alto que el otro, etc., podremos tener retorno de RF, que el coaxial radie y que el diagrama de radiación de la antena esté distorsionado. Todo este tipo de problemas se eliminan con la instalación de un balun de corriente en el punto de alimentación. Si el balun es de calidad, las pérdidas de inserción son totalmente despreciables (< 0,1 dB).


 
Quiero instalar una antena DELTA LOOP para la banda de 40m. ¿Debo poner un balun 2:1 en el punto de alimentación?

La impedancia de la antena va a depender de sus dimensiones, de su altura, de su topología, del punto de alimentación escogido y de la conductividad del terreno. Lo normal es que una delta loop instalada a cierta altura, con el plano del triángulo en vertical y alimentada en el vértice superior tenga una impedancia de unos 110 ohm. Esto puede no ocurrir en otras situaciones, como por ejemplo cuando la antena la instalamos con el plano del triángulo paralelo al suelo (al estilo de las skywire loop antennas). La impedancia puede ser bastante más baja, influyendo bastante en su valor la conductividad del terreno. Incluso podemos llegar a tener los 50 ohm resistivos puros si alimentamos en uno de los vértices.

Por lo tanto, es recomendable realizar un modelado de la antena, incluso instalarla y medir con un analizador, si queremos escoger el balun adecuado. Por supuesto el balun escogido debe ser de corriente (no de tensión).


 
Quiero instalar una antena Windom. ¿Es mejor poner un balun de relación 4:1 o de relación 6:1?

Las antenas Windom en espacio libre tienen una impedancia en las bandas resonantes de unos 300 ohm. Sin embargo, cuando pasamos a la práctica es evidente que la antena queda instalada a una determinada altura. Esta altura influye en su impedancia. Como regla general, si el balun se instala a alturas inferiores a 18 m, éste debería ser de relación 4:1. Cuando la altura es mayor a 18 m, el balun escogido debería ser de relación 6:1.

Esto es debido a que, si la altura de la antena no es la suficiente, su impedancia va a ser inferior a 300 ohm. A medida que vamos subiendo y nos vamos acercando a esos 18 m de altura, la impedancia estará más cerca de la que le corresponde en espacio libre. Por el contrario, al ir bajando en altura, la impedancia también bajará y la relación de transformación del balun debe ser menor.
 
Para alturas cercanas (pero inferiores) a 18 m es preferible montar un balun 4:1 que un balun 6:1.
 
En este tipo de antenas es probable que en algunas bandas tengamos que hacer uso del acoplador, debido a que la impedancia queda reactiva por influencia del entorno. No obstante, eligiendo un balun de corriente de calidad puede que nos llevemos alguna sorpresa, en el sentido de que el acoplador trabaje muy desahogado, incluso que no sea necesario y trabajemos con ROEs bajas. Esto ocurre cuando se instala un balun de corriente fiable, pues suelen ser bastante tolerantes a variaciones de impedancia en la antena (en definitiva, tolerantes a distintas alturas de instalación).



Dispongo de una antena Windom con balun 6:1 y tengo retorno de RF en mi cuarto de radio. ¿Qué puedo hacer?

La gran mayoría de baluns de relación 6:1 que se venden en el mercado son del tipo balun de tensión. Este tipo de baluns no eliminan el retorno de RF y puede que sea el problema de la instalación.

La antena Windom, aunque es balanceda, es asimétrica, por lo que es altamente probable tener retorno de RF en alguna banda. El problema debe atacarse en el punto donde se genera, que es el punto de alimentación de la antena. Tenemos que sustituir el balun e instalar uno de corriente.



¿Una antena Yagi tiene 50 ohms en el punto de alimentación?

Depende del diseño que haya hecho el fabricante. Normalmente, cuando en los diseños se quiere alcanzar la máxima ganancia posible, las impedancias que salen para este tipo de antenas son inferiores a los 50 ohm (prácticamente la mitad). Sin embargo, se pueden realizar diseños en los que, a costa de perder algo de ganancia, obtengamos 50 ohm en el punto de alimentación.

Por lo tanto, a la hora de instalar un balun de corriente para una antena Yagi, debemos saber cuál es la impedancia especificada por el fabricante para poder realizar la mejor elección.



Quiero instalar una antena vertical para la que el fabricante especifica una impedancia de 50 ohms resistivos en el punto de alimentación. ¿Debo instalar un choke en la base?

Es recomendable instalarlo para evitar el retorno de RF. En este tipo de antenas se suele utilizar algo que supla a un plano de tierra ideal (extensión infinita y conductividad infinita), como pueden ser los radiales. Los radiales no dejan de ser un plano de tierra real y la buena o mala calidad de este plano determinará en gran medida que exista o no retorno de RF. Con objeto de reducirlo se debe instalar en la base un choke con impedancia característica de 50 ohm. Los de mejor rendimiento son siempre los fabricados con toroide de ferrita de baja permeabilidad inicial y bajas pérdidas.

 

 

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