LAS ANTENAS CFA Y EH
Las denominadas antenas CFA y antenas EH son, según sus creadores, un concepto nuevo y revolucionario en el mundo de las antenas, que las apartaría de las antenas tradicionales, denominadas genéricamente antenas de Hertz, y que tendrían un comportamiento y un rendimiento excepcional comparadas con las antenas tradicionales o de Hertz.
Este documento da una explicación sobre este tipo de antenas, con las explicaciones técnicas del funcionamiento de estos tipos de antenas que proporcionan sus desarrolladores, así como explicaciones técnicas más realistas, y muestra los detalles de construcción de una antena del tipo EH.
Es importante tener en cuenta que en realidad no hay nada revolucionario en estos tipos de antenas, ya que, como se irá explicando, las teorías de funcionamiento de estas antenas, los principios en que se basan, aportados por sus creadores, son totalmente erróneos o inadmisibles desde el punto de la Física actual, pero ello no quiere decir que sean antenas que no funcionan, son antenas que funcionan, son antenas monobanda de muy pequeño tamaño (comparadas con la longitud de onda de operación), pero cuyo comportamiento real dista del que pretenden sus creadores, y es el propio de las antenas convencionales de tamaños similares a ellas.
Una antena tradicional de cualquier tipo, se comporta como un circuito resonante (si está operando a frecuencia de resonancia), en el que la corriente que circula por ella está desfasada 90 grados respecto a la tensión aplicada (como se puede ver en los diagramas de distribución de corrientes y tensiones en una antena resonante). Aunque la alimentación de la antena aplique la tensión y la corriente de RF en fase, en la antena la tensión y la corriente mantienen este desfase de 90 grados. Ello significa que en los puntos de la antena donde hay un máximo de la corriente de RF, habrá un mínimo de tensión de RF, y viceversa.
Dado que la tensión aplicada a la antena por el generador de RF es la responsable del campo eléctrico E generado por la antena y la corriente que circula por ella es la responsable del campo magnético H generado por ésta, en las cercanías de la antena ambos campos no mantienen una relación de fase adecuada, no están en fase, y por tanto no se propagan conjuntamente como un campo electromagnético, sino como campos individuales de inducción, denominados "Campos próximos" o "campos cercanos". Sí es cierto que a partir de una cierta distancia a la antena, denominada "distancia de Rayleigh", y por un extraño fenómeno de la Naturaleza, ambos campos se enfasan y se propagan conjuntamente constituyendo un campo electromagnético, que es el que se propaga a distancia en forma de ondas electromagnéticas (de radio). Por ello este tipo de campo se denomina también "Campo lejano" de la antena.
La distancia de Rayleigh depende del cuadrado de la máxima dimensión de la estructura irradiante y es inversamente proporcional a la longitud de onda, pero no es una distancia fija, sino de referencia, ya que la transición de campos próximos (de inducción) a campos lejanos (electromagnético) es gradual y el límite entre ambos tipos de campos no puede establecerse con exactitud. Esta distancia de transición entre campos próximos y campos lejanos es del orden de 1/3 de la longitud de onda.
El campo lejano consiste totalmente en energía irradiada en forma de ondas electromagnéticas que ya ha escapado definitivamente de la antena, y que avanzan por el espacio con una polarización (referida al campo eléctrico) igual a la polarización eléctrica de la antena transmisora.
Un campo electromagnético se caracteriza por cumplir las siguientes condiciones, denominadas condiciones de Poynting:
A la distancia de Rayleigh es cuando los campos eléctrico y magnético generados por una antena de tipo Hertz comienzan a enfasarse y cumplir las condiciones de Poynting que definen a un campo electromagnético.
El hecho que en la antena la corriente esté desfasada 90 grados con respecto a la tensión aplicada (está adelantada respecto a la tensión), implica que ésta genera campos próximos eléctricos y magnéticos importantes, y por otro lado, que la potencia total radiada por la antena no sea la máxima posible, pues como es sabido, la potencia disipada por una corriente alterna sobre una carga es máxima cuando la tensión y la corriente están en fase (cosa que no ocurre en una antena convencional, donde este desfase podría interpretarse como una especie de "factor de corrección" de corriente alterna). La energía radiada como campos próximos se puede perder en parte al ser disipada en forma de corrientes inducidas por el campo magnético H cercano en objetos ferromagnéticos muy próximos a la antena, o por absorción del campo eléctrico E cercano por fluorescentes y otros elementos muy próximos a la antena. Estas pérdidas de energía debilitan los campos próximos, y ello da lugar a que se debilite también el campo electromagnético radiado, que es la que va a alcanzar antenas distantes, ya que éste surge por el posterior enfasamiento de los campos E y H cercanos a partir de la distancia de Rayleigh . Por ello, en una antena convencional o de Hertz, parte de la energía entregada por el transmisor o generador de RF se pierde a través de los campos próximos y el resto se propaga en forma de ondas electromagnéticas: El rendimiento real de la antena no es completo.
Por otro lado los campos eléctricos y magnéticos próximos son los responsables de la mayoría de las interferencias electromagnéticas (EMI) en las proximidades de la antena, así como en recepción, de la inducción de ruidos en la antena y por tanto, de la aparición de ruidos de origen local en el receptor de radio (que mayormente son ruidos de componente eléctrica).
También afectan a la resistencia de radiación de la antena por la interación del campo eléctrico con el suelo o la tierra. Sabido es que en el caso de las antenas polarizadas horizontalmente, como puede ser una antena dipolo horizontal, su resistencia de radiación es función de la altura de la antena sobre el suelo cuando está a baja altura, siendo el efecto cada vez menor a medida que la antena está más alta, siendo poco significante a partir de media onda de altura. Sin embargo, el efecto de tierra apenas tiene efecto en una antena elevada sobre el suelo polarizada verticalmente. Esto da a entender que es el campo eléctrico E cercano de la antena el que al interaccionar con el suelo (que es más o menos conductor), modifica la resistencia de radiación de la antena.
Pues bien, en el caso de las antenas CFA (Antenas de Campo cruzado) y de las antenas EH, sus creadores afirman que dichas antenas están diseñadas para generar los campos electromagnéticos radiados directamente, sin apenas formación de campos eléctricos y magnéticos cercanos (que se forman en cualquier antena convencional), y estos campos radiados partirían de la propia antena (en lugar de formarse a una cierta distancia de la antena, la distancia de Rayleigh, al enfasarse de manera natural los campos eléctrico y magnético cercanos). Ello se conseguiría creando por separado el campo eléctrico E y el campo magnético H, y de manera que sean perpendiculares entre sí, en una zona de interacción en el entorno de la antena, y ajustando la fase entre ambos campos mediante un circuito de enfasado. Además, en estos tipos de antenas se ajusta la relación de amplitud entre los campos E y H de forma que E/H = 377, ya que es la que corresponde a a un campo electromagnético radiado en el aire o en el vacío (es una de las condiciones de Poynting).
Dado que con ello se conseguiría reducir mucho los campos eléctrico y magnético cercanos, que consumen energía radiada (y que se desperdicia, por no ser energía electromagnética), para una misma potencia aplicada a la antena el campo electromagnético radiado sería superior que para cualquier antena convencional.
Dado que un campo eléctrico y un campo magnético pueden crearse en un espacio pequeño usando los elementos adecuados (bobinas para los campos magnéticos, condensadores eléctricos constituidos por placas metálicas enfrentadas en el aire para los campos eléctricos), ello permite crear antenas de dimensiones muy pequeñas comparadas con la longitud de onda L, y de hecho las antenas CFA y EH se pueden realizar con dimensiones tan pequeñas como sólo 0,02 L : la síntesis de los campos eléctrico y magnético no depende críticamente del tamaño de la antena, y por tanto serían antenas no resonantes, y su funcionamiento no dependería de las teorías referidas a las antenas convencionales (todo ello según los creadores de estas antenas).
De acuerdo a la interpretación de sus creadores, estas antenas tan reducidas rendirían igual o mejor que antenas convencionales mucho más grandes, como son las clásicas verticales de L/4 (cuarto de onda) o un dipolo de L/2 (media onda), y además sin la necesidad de radiales o un plano de tierra extenso (generalmente necesario en la mayoría de las antenas verticales clásicas). Por otra parte, serían antenas con una resistencia de radiación mucho más elevada que en una antena "convencional", y ello reduciría notablemente el efecto de las pérdidas por disipación existentes en toda antena. Y como (supuestamente) son antenas que no generan campos eléctricos ni magnéticos cercanos apreciables, serían antenas muy poco sensibles a fuentes de ruido cercanas (que principalmente generan señales de componente eléctrica) y que generarían muchas menos interferencias a otros servicios (receptores de radiodifusión, receptores de televisión, equipos de sonido, etc... que estén muy próximos a la antena) que una antena de tipo "convencional".
LAS ANTENAS CFA O ANTENAS DE CAMPO CRUZADO
Las antenas de campo cruzado o antenas CFA (Crossed Field Antenna) pretenden ser un novedoso tipo de antenas monobandas, de muy cortas dimensiones (comparadas con la longitud de onda de operación), a las que sus creadores les atribuye una elevada eficacia, comparable a la de una antena vertical de cuarto o media onda, basándose para ello en una curiosa, pero errónea, corrección que realizan de la cuarta ecuación de Maxwell.
Las ecuaciones de Maxwell son 4 ecuaciones que fueron enunciadas por el físico escoces Maxwell en la segunda mitad del siglo XIX, y definieron por primera vez las características de las ondas electromagnéticas (entre ellas las ondas de radio), qué condiciones han de cumplir para definirse como ondas electromagnéticas, y ponían las bases de cómo podrían generarse (condiciones que llevadas a la práctica pocos años después por el físico alemán Hertz, permitió que pudiera generar por primera vez ondas de radio en el laboratorio, corroborando así la validez de las ecuaciones de Maxwell). Las condiciones de Poynting, mencionadas anteriormente, son un resumen empírico de las leyes de Maxwell, definiendo lo que son las ondas electromagnéticas.
Lo que se deduce de las ecuaciones de Maxwell es que una onda electromagnética de cualquier tipo, entre ellas las ondas de radio, constan de un campo eléctrico E y un campo magnético H que vibran a la misma frecuencia (la frecuencia de la onda) y en fase, y que se propagan en el espacio a la velocidad de la luz. Los planos de vibración de los campos eléctrico y magnético son perpendiculares entre sí, y la relación entre las amplitudes instantáneas de ambos campos es constante y su valor depende del medio por el que se propaga la onda (E/H = 377 en el caso del vacío y del aire. La relación E/H se conoce como "impedancia característica" del medio de propagación, y puede por tanto expresarse en ohmios). Como se ve, es lo que se enuncia en las condiciones de Poynting.
Los creadores de las antenas CFA indican que las ecuaciones de Maxwell no están completas y que deben introducirse una corrección en una de ellas, concretamente en la cuarta ecuación de Maxwell.
Mientras que de la aplicación de las leyes de Maxwell en el ámbito de la radio se deduce que la eficiencia o rendimiento de las antenas de radio dependería del tamaño de éstas (referidas a la longitud de onda de operación), la aplicación de esta (errónea) corrección a las leyes de Maxwell indicarían que la eficiencia de una antena no dependería de su tamaño ni de la longitud de onda, y ello permitiría crear antenas de tamaño muy pequeño y de alto rendimiento, como es el caso de las antenas CFA (y de las antenas EH, aparecidas posteriormente).
El origen de las antenas CFA parte de 1988, en la Universidad Robert Gordon de Aberdeen (Escocia), en el marco de un proyecto de investigación donde se buscaba algún procedimiento de síntesis directa de campos electromagnéticos radiados a partir de campos eléctricos y magnéticos creados separadamente. Sus creadores fueron el Dr ingeniero egipcio Fathi Kabbary y el profesor ingeniero eléctrico Maurice Hately.
La denominación de estas antenas como antenas de "Campo cruzado" hace referencia al hecho de que este tipo de antena genera los campos magnético y eléctrico separadamente, pero son combinados adecuadamente (en fase) gracias a su método de construcción.
DISEÑO FÍSICO DE UNA ANTENA CFA
Los creadores de las antenas CFA enfocaron el uso de éstas hacia el ámbito de la radiodifusión en bandas bajas, como la banda de radiodifusión de Onda Media, ya que permite construir antenas de un tamaño mucho menor a las antenas verticales resonantes usadas en estas bandas. La primera antena puesta en servicio fue en 1990, para la estación radiodifusora estatal egipcia de Onda Media Tanta Radio Station, de 60 Kw de potencia, en 1161 Khz. Otra fue instalada posteriormente en la estación radiodifusora estatal egipcia de Onda Media de Barnis. Posteriormente se han instalado otras antenas CFA en diversas estaciones radiodifusoras del mundo. La empresa Kabbary Antenna Technology Co, fundada por Fathi Karabby, es quien las comercializa.
Físicamente una antena CFA consta de un cilindro metálico hueco corto o tambor vertical E izado a corta distancia sobre un plano metálico circular horizontal D, y todo ello izado sobre un plano de tierra GP (ver figura 01). Una unidad desfasadora conectada en la base de la antena alimenta los elementos de la antena (D, E, GP) con las fases adecuadas de manera que se generen los campos eléctrico y magnético por separado y enfasados, lo que tendría que dar lugar (según sus creadores) a que la antena radíe prácticamente toda la potencia de RF aplicada directamente en forma de ondas electromagnéticas de radio. Y ello independientemente de la longitud de onda radiada y con la ventaja de que no genera altas tensiones en la antena, como ocurre en las antenas verticales.
Figura 1 Figura 2 Una mejora de la antena CFA es añadir a la parte superior del cilindro una extensión en forma de
sombrero cónico, para así modificar la forma del campo eléctrico en la zona
de interacción alrededor de la antena y conseguir que la radiación electromagnética generada en dicha
zona se concentre a bajos ángulos de radiación, minimizando la radiación de potencia hacia el cielo,
y reforzando la radiación por onda de superficie, haciéndola en teoría más eficaz que una antena vertical
estándard resonante de cuarto de onda (la ganancia obtenida puede ser de hasta 4 dB respecto a la antena
vertical resonante, según los creadores de la antena).
TEORÍA DE FUNCIONAMIENTO DE LAS ANTENAS CFA Según sus creadores, las antenas CFA funcionan de la siguiente manera:
La potencia entregada por el transmisor es aplicada al circuito desfasador de la antena, el cual la
fracciona en dos señales de igual potencia, pero desfasadas 90 grados. Cada una de las señales se aplica
a cada mitad de la antena (al cilindo E y al plano metálico D por debajo de él), usando como elemento
común el plano de tierra GP (ver figura 1 y figura 3).
La potencia aplicada al cilindro vertical E genera el campo eléctrico de líneas de fuerza curvadas entre
él y el plano de tierra GP, mientras que el campo magnético es creado por las líneas de fuerza eléctricas
del campo eléctrico variable que se generan en el condensador constituido por el plano horizontal circular
D situado debajo del cilindro E y el plano de tierra GP (esto es correcto para los creadores de este tipo
de antena al entrar en juego la corrección propuesta por ellos de las leyes de Maxwell, y es aquí donde
está el error de concepto de esta corrección, ver más adelante).
Dado que el campo eléctrico generado en la antena se desfasa 90 grados adicionales, y el circuito
desfasador ha provocado otro desfase de 90 grados (de sentido opuesto) en las señales aplicadas a la
antena, los campos eléctrico y magnético generados por la antena quedarán enfasados, al cancelarse los
desfases. Ambos campos se combinan a muy corta distancia de la antena, en la denominada "zona de
interacción" (IZ, zona de pequeño volumen que rodea la estructura de la antena), dando lugar a
las ondas electromagnéticas radiadas (S). Esta zona de interacción se extiende a muy corta distancia de
la antena, y es uniforme alrededor de la antena, dando lugar a un diagrama de radiación omnidireccional.
Según esto, prácticamente toda la energía aplicada a la antena es radiada en forma de energía
electromagnética, ya que prácticamente no se producen campos eléctricos y magnéticos cercanos.
Figura 3 EL ERROR DE LA TEORÍA DE LAS ANTENAS CFA Según los creadores de la antena CFA, el campo magnético variable se crea gracias al campo eléctrico
variable que se crea en el condensador formado por el plano circular D y el plano de tierra GP, y es aquí
donde está el error de concepto en la corrección que introducen a la cuarta ley de Maxwell, corrección
que sirve a sus creadores para justificar el funcionamiento de este tipo de antenas. Ello lo justifican
mediante unas supuestas "corrientes de desplazamiento", capaces de generar campos
magnéticos.
Las corrientes de desplazamiento no son corrientes debidas a la conducción eléctrica por conductores,
sino corrientes originadas por la inducción eléctrica a distancia, que originan variaciones de cargas
eléctricas a distancia. Ejemplos son las que se originan en las armaduras de un condensador cuando se le
aplica una tensión eléctrica variable: Por el circuito externo al condensador ciertamente hay circulación
de corriente eléctrica, pero es debido a las variaciones de carga eléctrica en las armaduras del condensador
que se producen al variar la tensión entre las armaduras enfrentadas, y se podría suponer que esta
corriente eléctrica cierra el circuito a través del condensador entre sus armaduras, pero en realidad no
hay circulación real de electrones entre ambas armaduras, sólo efectos de inducción eléctrica. Esta supuesta
corriente entre armaduras del condensador sería un ejemplo de corriente de desplazamiento.
Los creadores de la antena CFA llegaron a la conclusión de que la cuarta ley de Maxwell no era correcta
del todo, y que las corrientes de desplazamiento (que no son corrientes de conducción eléctrica, sino
efectos de inducción eléctrica a distancia), sí son capaces de generar campos magnéticos, algo que según
las leyes de Maxwell sólo pueden hacerlo las corrientes de conducción (ya sean de circulación de cargas
eléctricas por un conductor o de movimiento de cargas eléctricas en el vacío). Por ello, la cuarta ley
de Maxwell debía ser corregida, ya que tenía que contemplar que los campos magnéticos generados por una
corriente eléctrica se deberán tanto a la propia corriente de conducción como a las corrientes de
desplazamiento a que ésta pudiera dar lugar (por ejemplo, entre armaduras de un condensador).
En realidad, las corrientes de desplazamiento son un término ficticio que fué creado por los físicos
del siglo XIX, cuando aún no conocían bien la naturaleza de la electricidad, para explicar la corriente
que parecía circular entre las armaduras de un condensador sometido a una tensión alterna, y en aquel
entonces creían en la existencia de un material muy fino e indetectable llamado éter que llenaría todo
el espacio y permitiría que existieran corrientes de conducción entre las placas de un condensador
(conducción a través de este hipotético éter).
Por tanto las corrientes de desplazamiento son corrientes de conducción ficticias, y por tanto son
incapaces de crear un campo magnético H, lo que invalida la teoría de funcionamiento de las antenas CFA
propuesta por sus creadores. Pero es que además, los creadores de la antena CFA parecen ignorar que en el
condensador constituido por el disco metálico D y el plano de tierra GP hay un campo eléctrico E, y no
sólo el campo magnético H que supuestamente crean las corrientes de desplazamiento.
Un estudio más serio de la antena CFA nos mostraría que entre el cilindro superior E y el plano de
tierra GP habrá un campo E cercano y un campo H cercano de amplitud muy inferior, que darán lugar a un
campo electromagnético radiado, y que entre el disco metálico D y el plano de tierra sucederá lo mismo,
y que los dos campos electromagneticos generados tendrán distinta fase y se superpondrán entre sí. La
antena CFA sería en realidad una estructura formada por dos monopolos eléctricos (muy cortos), desfasados
entre sí y enfrentados a un plano de tierra. Sería un tipo de antena muy corta que se comportaría de
acuerdo a la teoría clásica de antenas para el caso de las antenas de corto tamaño.
CARACTERÍSTICAS DE LAS ANTENAS CFA
SEGÚN SUS CREADORES Las características que sus creadores dicen tener las antenas CFA que comercializan (principalmente
para las bandas de radiodifusión en Onda Media y Onda Larga) son las siguientes: Se han realizado ensayos con antenas CFA por parte de grupos de ingenieros de radiodifusión en varios
países sin que haya uniformidad en los resultados: en unos casos los resultados obtendidos parecen indicar
que la antena CFA es una buena antena, y en otros que la antena CFA es mediocre y sus características están
lejos de lo que afirman sus creadores. Y es que las antenas CFA (e igualmente las EH) no parecen seguir un
patrón definido:
Una antena clásica como un dipolo de media onda está perfectamente caracterizada y estudiada, y siempre
se sabrá qué se puede esperar de ella, conociendo cómo ha sido construida y el entorno en que esté. No es
el caso con las antenas CFA (y EH): unos aficionados que han trabajado con ella aseguran haber realizado
buenos contactos con ellas, mientras que otros dicen todo lo contrario, e indican que su rendimiento es
incluso notoriamente inferior al de antenas verticales más convencionales como las de cuarto de onda y
dipolos de media onda. Incluso de los estudios más serios realizados por profesionales o por aficionados
con los conocimientos y equipos de medida necesarios, son pocos los que apoyan al menos algunas de las
supuestas características extraordinarias de estos tipos de antenas.
El propio Dr. Kabbary, uno de los creadores de la antena CFA, instaló varias antenas CFA en Egipto en
la década de los 90 para la radiodifusión estatal egipcia en Onda Media. Diversos radioaficionados han
realizado pruebas con antenas CFA, como es el caso de Adrian Van Der Byl ,VK2EDB, que comparando su
antena CFA para la banda de 20 metros con una vertical de cuarto de onda, informa que la recepción de
la antena CFA está dos unidades "S" (unos 12 dB) o más por debajo de la vertical para distancias menores
a 2.000 km, mientras que más allá de 4.000 km la antena CFA es bastante equiparable a la antena vertical,
y con la ventaja añadida de que capta menos ruido gracias al reducido ancho de banda del circuito de
enfasado empleado por la antena CFA. Estas variaciones de recepción de una antena respecto a la otra deben
ser debidas tanto al rendimiento real de cada antena como a los diagramas de radiación verticales de cada
una de ellas, ya que para cubrir unas y otras distancias se requieren ángulos de incidencia vertical en
la ionosfera distintos, y la antena CFA, con un rendimiento de potencia peor que la antena vertical, puede
tener un diagrama de radiación mejor que la vertical para distancias a 4.000 Km o más.
Por otro lado, el ancho de banda de la antena CFA de VK2EDB es muy bajo, sólo de 100 kHz para ROE = 2
y ello es síntoma de una baja impedancia de radiación de la antena, y ello es lo que habría de esperarse
de una antena de tan corto tamaño segun la teoría clásica de antenas, y no según lo propuesto por los
creadores de las antenas CFA.
La siguiente fotografía es una fotografía de la antena CFA construida por VK2EDB para la banda de
20 metros (14 MHz). Mientras que el cuarto de onda a esta frecuencia es de unos 5,3 metros (que sería
la longitud de una vertical de cuarto de onda resonante en esta banda), el tamaño de la antena CFA de
VK2EDB es de unos 30 cm de altura (desde el plano de tierra GP hasta el punto más alto de la sección
cónica superior de la antena), y el plano de tierra utilizado es un disco metálico de 1,25 m de diámetro.
La antena EH es el segundo tipo de antenas de muy corto tamaño y de características revolucionarias
según su creador. Fue inventada y patentada por un ingeniero electrónico norteamericano retirado con un
amplio currículum profesional, y además veterano radioaficionado, Ted Hart (W5QJR), a finales de
los años 80's. Ted Hart constituyó la empresa EH Antenna Systems
para fabricar y comercializar la antena EH, concediendo licencias a fabricantes en determinados países.
Similarmente a las antenas CFA, las antenas EH se basan, según Ted Hart, en un concepto distinto al
que emplean las antenas clásicas de Hertz. Como en las antenas CFA, en este tipo de antena se fuerza
un desfase de la corriente que circula por la antena para enfasarla con la tensión, de modo que el
campo magnético H que genere pase a estar en fase con el campo eléctrico E generado por la antena en
las proximidades de ésta, y por tanto la potencia transmitida por la antena en forma de ondas
electromagnéticas sea máxima. Esto implica un diseño mecánico de la antena totalmente distinto al de
cualquier antena convencional, y de hecho las antenas EH son antenas con tamaños muy inferiores a
las antenas convencionales, siendo antenas verticales con tamaños del orden de 1/20 de longitud de
onda, pero con un elevado rendimiento (a diferencia de las antenas de Hertz o convencionales,
que cuanto más cortas son, peor es su rendimiento), según su creador. Pueden realizarse antenas EH de
menor tamaño, pero ello reduce entonces el ancho de banda de la antena.
Su denominación como "antenas EH" hace referencia al enfasado de los campos eléctrico E y
magnético H radiados por la antena que atribuyen a ésta su creador. Según ello, serían de comportamiento
parecido a las antenas CFA o de Campo Cruzado, aunque las antenas EH generarían los campos E y H de forma
distinta a las antenas CFA.
Inicialmente se desarrollaron para la recepción de la Onda Media, pero pronto se desarrollaron prototipos
para HF, y actualmente se comercian este tipo de antenas para las bandas de radioaficionados en HF, donde
presentarían la ventaja (según siempre sus creadores) de un buen rendimiento con un tamaño pequeño
(algo muy deseable en las bandas más bajas, donde las antenas convencionales son de gran tamaño a causa de
la gran longitud de onda), aunque son omnidireccionales.
Las antenas EH se diferencian de las CFA convencionales en que no requiere un plano de tierra:
físicamente tienen el aspecto de un dipolo vertical muy corto realizado con dos gruesos cilindros metálicos,
con una red de enfasado sintonizada, formada por bobinas (y condensadores en algunas versiones), por lo
que es una antena monobanda a menos que se incluyan dispositivos de conmutación de bobinas (ver
figura 6. De acuerdo con los creadores de la antena EH (Ted Hart y su empresa
EH Antenna Systems), la antena EH tendría características y ventajas muy similares a las que se dan
para las antenas CFA (según los creadores de éstas).
Básicamente una antena EH es una antena de tipo Hertz (convencional) que funciona con una red de cambio
de fase seguida de una red de adaptación. La función de esta última es la de proporcionar una impedancia
conjugada de adaptación a la antena.
El circuito equivalente de una antena EH es el siguiente:
Según sus creadores, en estas antenas se fuerza el enfasado de los campos magnético y eléctrico en
la propia antena, generando campo electromagnético radiado en la propia antena, y ello da lugar al
confinamiento de los campos próximos a la esfera física de la propia antena, además de ser reducidos de
magnitud. Y dado el pequeño tamaño de una antena EH, ello significa que el riesgo de interferencias
electromagnéticas (EMI) por energía radiada como campos próximos, y la recepción de ruidos de origen local
queda prácticamente eliminado. Como ejemplos de ruidos electromagnéticos de tipo local a los que serían
bastante insensibles las antenas EH están los generados por las chispas de los motores, las fugas en las
líneas eléctricas (chisporroteos), los generados por el encendido de las luces nocturnas, etc.., que son
ruidos que se propagan principalmente como campos eléctricos o magnéticos. Éstos pueden inducir tensiones
en las antenas normales, que son llevadas al receptor y percibidas como ruidos, pero que en el caso de las
antenas EH serían rechazados, ya que éstas sólo recibirían los componentes radiados como energía
electromagnética por estas fuentes de ruido.
También el pequeño tamaño de los campos eléctrico y magnético cercanos hace que cuando una antena EH sea
instalada sobre el suelo, su resistencia de radiación no varíe significativamente por la presencia del
suelo próximo, incluso aunque sea tendida con polarización horizontal. Es decir, sería un tipo de
antena que no estaría influenciada por la presencia del suelo, según sus creadores.
Para conocer técnicamente el funcionamiento de las antenas EH (y también las CFA), que son antenas de
muy corto tamaño, podemos primero saber cuál es el comportamiento real de las antenas convencionales o de
Hertz, en especial las de corto tamaño (al decir "tamaño corto" siempre se refiere al tamaño
comparado a la longitud de onda de operación).
El circuito equivalente de una antena Hertz o convencional incluye:
En una antena Hertz su forma y características físicas de la antena definen los valores de los distintos
parámetros mencionados (salvo el último).
Las reactancias inductivas y capacitativa son responsables en los circuitos eléctricos de corriente
alterna de pérdidas de potencia en forma de "pérdidas reactivas de potencia", que no
disipan calor, pero que están ahí. Sin embargo, a la frecuencia de resonancia de una antena (o de cualquier
circuito de corriente alterna), ambas reactancias son de igual valor absoluto, por lo que al ser de distinto
signo (en su valor expresado en números complejos), se cancelan, y no hay pérdidas reactivas de potencia,
por lo que la antena pasa a disipar toda la potencia que recibe entre su resistencia de radiación
Rr y sus resistencias de pérdidas Rp. Conviene que las resistencias de pérdidas sean lo más bajas
posibles para que el rendimiento de la antena sea máximo.
En el caso de antenas cortas (comparadas con las antenas dipolos o cuartos de onda), éstas pueden radiar
igual de bien que una antena normal, siempre que sea correctamente alimentada. Pero en el caso de las antenas
cortas, su menor tamaño tiene unos efectos desfavorables: a menor tamaño, su resistencia de radiación
disminuye, así como su capacidad y su inductancia propias. De hecho, en una antena corta, su inductancia
natural L es muy baja, y su reactancia es mayormente capacitativa (sobre todo si los elementos que
la constituyen son de grueso diámetro), aunque también su capacidad propia C también es menor. Por ello,
para llevar una antena corta a la frecuencia de resonancia hay que añadir una inductancia adicional adecuada
(una "bobina de carga") para aumentar el valor de la reactancia inductiva de la antena lo
suficiente para cancelar la reactancia capacitativa. Si se aumenta la longitud de los elementos aumentan
también la inductancia y la capacidad de la antena, hasta llegar a la condición de resonancia, momento en
que las reactancias inductiva y capacitativa se igualan, y ello ocurre en el caso de un elemento de cuarto
de onda eléctrico.
El problema de las bobinas de carga para las antenas cortas es que si son de gran tamaño (como las
necesarias para llevar a resonancia una antena muy corta), pueden introducir una resistencia óhmica
(contando con el efecto pelicular) que puede ser incluso bastante mayor que la baja resistencia de
radiación de la antena, por lo que perjudica notablemente su eficiencia (pues gran parte de la energía se
va a perder disipada como calor en estas resistencias óhmicas), no siendo radiada. Puede mejorarse la
eficiencia de la antena aumentando el diámetro de los elementos que la constituyen, ya que ello aumenta la
capacidad natural de la antena y por tanto precisa una bobina de carga menor para llevarla a resonancia y
por tanto con menos pérdidas óhmicas. Pero aún así, la resistencia de radiación seguirá siendo baja y por
tanto la eficiencia de la antena baja. Como ejemplo, una antena de móvil de 2,5 metros de longitud, cargada
con una gran bobina de carga en su centro, sintonizada para su uso en las bandas de 75-80 metros (cuarto
de onda: 18-20 metros), tiene una eficiencia del orden del 3% comparada con una antena resonante de cuarto
de onda, y una resistencia de radiación del orden de 0,4 ohmios.
Cuando se habla de resonancia en un circuito eléctrico de corriente alterna a la frecuencia de
operación, la tensión aplicada y la corriente que genera y circula a través del circuito están en
fase, y entonces la disipación de potencia es máxima. Ello no es precisamente lo que ocurre
en una antena resonante, donde es conocido que la corriente que circula por la antena está desfasada
en 90 grados (pi/2 radianes) respecto a la tensión aplicada a la antena, de ahí que en el circuito
equivalente de cualquier antena Hertz se deba incluir el desfasador ficticio -jD como causante de este
desfase. Los desfases tienen lugar a causa del desplazamiento de la corriente de RF impulsada por la
tensión aplicada a lo largo de la capacidad natural de la antena, que afecta a su propagación, y del
efecto de la inductancia de la antena sobre la circulación de la corriente por ésta. Ambos desfases son
de sentido contrario, provocando el desfase de 90 grados entre tensión y corriente.
Este desfase entre tensión y corriente es el responsable del desfase entre el campo eléctrico E radiado
por la antena (debido a la tensión) y el campo magnético H radiado (debido a la corriente) en las
proximidades de la antena.
En cuanto a la resistencia de radiación de la antena, ésta disminuye a medida que la antena se hace
físicamente más corta respecto al cuarto de onda. Para el caso de una antena corta de hilo o varilla, el
cálculo de la resistencia de radiación Rr del hilo o varilla se puede realizar de forma aproximada con la
siguiente fórmula empírica:
Rr = 273 * (L * F) 2 * 10 - 8 ( L en
pulgadas, F en MHz )
= 42,315 * (L * F) 2 * 10 - 4
( L en metros , F en MHz)
Así, una antena de 15 pulgadas de longitud (38,1 cm) presenta a 14,2 MHz una resistencia de radiación
de 0,124 ohmios.
Las siguientes explicaciones sobre las antenas EH son las aportadas por los creadores de este tipo
de antena, y que como veremos más adelante, parten de consideraciones erróneas para justificar las
supuestas magníficas características de estas antenas, lo que invalidaría en parte o totalmente
lo que los creadores de la antena EH hablan sobre ella. ¡¡Téngase en cuenta!!.
Las antenas EH resolverían los problemas de las antenas cortas de tipo Hertz, ya que son antenas muy
cortas, sintonizadas, y con una resistencia de radiación no baja, lo que aumenta mucho la eficiencia
de este tipo de antena. Y además son antenas que no generan prácticamente campos próximos, lo que
significa que radían toda la energía en forma de ondas electromagnéticas, reduciendo enormemente las EMI
(interferencias electromagnéticas) y reduciendo mucho la recepción de ruidos eléctricos y magnéticos de
origen local.
En el caso de las antenas EH su diseño básico parte de una antena tipo Hertz (convencional) bastante
corta, y cuyo modelo eléctrico ya conocemos, y que sabemos que se trata de una antena muy capacitativa
(por ser muy corta). Esta antena se lleva a resonancia, y se la añade una red de desfase,
representada en el modelo anterior por +jF, cuya función es introducir un desfase adicional entre la
tensión aplicada a la antena de Hertz y la corriente que circula por ella de 90 grados, pero opuesto al
que tiene lugar de forma natural en la antena de Hertz (debido a -jD). Las redes empleadas retrasan la
corriente entregada por el transmisor o fuente de RF en 90 grados, y además tienen otra función: adaptar
en impedancias la antena a la línea de transmisión.
Esto produce que se cancele el desfase entre corriente y tensión en la antena (al ser anulada
-jD), y por tanto que la corriente y la tensión estén en fase en la antena, y por tanto los campos
radiados eléctrico E y magnético H estén en fase. La antena apenas radía campos E y H próximos, y
prácticamente toda la energía aplicada a la antena por el transmisor es radiada directamente como campo
electromagnético desde la propia antena. No hay desperdicio de potencia radiada en forma de campos cercanos.
La cancelación del desfase de la antena (debido a -jD) por la red de desfase +jF trae también como
consecuencia que aparezcan dos nuevos componentes en la antena: Una resistencia de radiación adicional,
Rr´, y una reactancia inductiva adicional Xl´ debida al desplazamiento natural de la corriente a
través de la capacidad de la antena. La resistencia de radiación adicional Rr´ aumenta notablemente la
resistencia de radiación de la antena, y ello mejora mucho su eficiencia (pues aumenta la resistencia
de radiación total de la antena, sin aumentar significativamente las resistencias de pérdidas), y mejora
su ancho de banda.
La reactancia inductiva adicional da lugar a un aumento de la capacidad de la antena (ya que esta
reactancia inductiva cancela parte de la reactancia capacitativa Xc de la antena, lo que equivale a aumentar
la capacidad de la antena), y esto permite reducir la inductancia de sintonía necesaria en la red adaptadora
para llevar la antena a resonancia, disminuyendo las pérdidas en esta inductancia y disminuyendo el factor Q
de la antena (aumenta su ancho de banda). El aumento de la capacidad de la antena por este factor es del orden
de 1,4 (raíz cuadrada de 2) para antenas EH muy cortas (sin apenas inductancia). Además, la capacidad total de la
antena se ve incrementado por el grueso tamaño de los dos cilindros (lo que por otro lado permitirá que la
bobina de sintonía de la antena EH sea de pequeño tamaño).
Los valores de estos dos nuevos componentes es función de la configuración física de la antena Hertz sobre
la que se construye la antena EH.
Para comprender más el funcionamiento de las antenas EH, hay que considerar el comportamiento de los campos
eléctrico E y magnético H en una antena Hertz. El campo eléctrico E es generado por la tensión de RF aplicada
a los elementos de la antena, y se manifiesta mediante líneas de fuerza que salen y entran perpendicularmente
a la superficie de los conductores de la antena. El campo magnético es debido a la circulación de la corriente
por la capacidad natural de la antena, es decir, en el dieléctrico que separa los elementos de la antena,
y genera líneas de fuerza que son perpendiculares y concéntricas a los conductores de la antena (ver
FIGURA 4).
Figura 4
Un campo magnético H se genera cuando circula una corriente variable por un conductor, pero también cuando
hay un cambio en un campo eléctrico variable E en un dieléctrico, lo que puede interpretarse como un cambio
virtual de corriente eléctrica, que es conocido como "Corrientes de desplazamiento" en el
dieléctrico (Nota: Y precisamente es aquí donde se comete el primer error de concepto sobre las antenas EH,
al hablar de "corrientes de desplazamiento" y de que pueden crear campos magnéticos, esto ya se
discutirá más adelante).
Pero el campo magnético H está desfasado en 90 grados respecto al campo eléctrico E, debido al desfase de
90 grados que existe en la antena entre la tensión aplicada y las corriente generada que circulan por ella.
La circulación de las corrientes en la antena se encuentra condicionada por la inductancia de la antena,
que la retrasa 90 grados respecto a la tensión, y por la capacidad natural de la antena, que la adelanta
90 grados respecto a la tensión.
Por tanto, podemos considerar que el campo magnético H de la antena es la suma de dos componentes de campo
magnético, desfasadas 180 grados entre sí, y 90 grados respecto al campo eléctrico. Una componente, Ha , está
adelantada 90 grados respecto al campo eléctrico (debida a la capacidad de la antena), y la otra, Hr, está
retrasada 90 grados (debida a la inductancia de la antena). En un gráfico vectorial sería lo siguiente (se
toma el movimiento de las fases de los campos citados en el sentido de las agujas del reloj):
En el caso de una antena Hertz muy corta, su comportamiento eléctrico es capacitativo, y apenas muestra
inductancia alguna, por lo que la componente Hr es prácticamente cero, y el campo magnético total radiado
prácticamente es el debido a la componente Ha.
En el caso de una antena EH el campo magnético total H y el eléctrico E han de estar en fase, y si la
antena es muy corta, esto equivale a decir que el campo Ha ha de estar en fase con el campo eléctrico E:
En este caso, que es el típico de una antena EH, la red de cambio de fase (+ jF) que se introduce ha de
dar lugar a un retraso de fase de la corriente de 90 grados para que la componente Ha quede enfasada con el
campo eléctrico E. La componente Hr quedará en oposición de fase, pero al tratarse de una antena muy corta,
esta componente es prácticamente despreciable.
Nota: Todo lo que se explica a continuación, recordar que siempre es según los creadores de este
tipo de antena. Más adelante se discutirá qué hay de verdad en todo ello.
Una antena EH es una antena físicamente muy corta, comparada con la longitud de onda a la frecuencia de
resonancia, y realizada con tubos de bastante diámetro. Por ello éstos tienen resistencias de pérdidas
insignificantes. Las pérdidas tienen mayormente lugar en la red de adaptación, y si están bien diseñadas,
también son bajas (una pequeña fracción de un decibelio). Y dado que, según sus creadores, los campos
magnético y eléctrico están en fase en la antena, toda la potencia transferida a ésta se radia en forma
de campo electromagnético (no se pierde potencia en forma de campos cercanos), por lo que la eficiencia
de una antena EH es alta, a pesar de ser una antena corta.
Al estar integrados eficientemente los campos E y H en la antena EH, la resistencia de radiación de la
antena es mayor que en una antena convencional, y dado que las resistencias de pérdidas son muy bajas,
el rendimiento de la antena es elevado, de hasta el 95% o más, a pesar del muy corto tamaño de la antena.
Así, por ejemplo, una antena dipolo EH realizada con elementos de sólo 0,005 longitudes de onda (dipolo de
0,01 Longitud de onda) y de diámetro 1/3 de la longitud de cada elemento, son capaces de radiar niveles de
campo electromagnéticos mayores que los radiados por una antena dipolo convencional (Hertz) de media onda (de
tamaño 25 veces mayor).
Por otro lado las antenas EH manifestarían un menor nivel de ruido que una antena Hertz. En efecto:
- En una antena Hertz o convencional, cuando ésta recibe señales electromagnéticas (campos E y H
simultáneos), genera una tensión y una corriente en la antena que son transferidos como señal útil al
receptor. Pero cuando recibe un campo eléctrico E o un campo magnético H aislado, como son los ruidos de
origen eléctrico o magnético locales, generan una corriente inducida en la antena que es transferida al
receptor: El campo eléctrico induce una tensión a lo largo de la antena que es aplicada al receptor,
mientras que un campo magnético crea una corriente inducida en la antena que es aplicada al receptor. En
ambos casos, el receptor recibe ruido eléctrico o magnético.
- En una antena EH, cuando esta recibe una señal electromagnética, genera una tensión y una corriente
variables con las fases adecuadas como para ser aplicadas a la entrada del receptor como señal útil. Pero
cuando la antena recibe campos eléctricos o magnéticos aislados, éstos crearán tensiones o corrientes
respectivamente en cada uno de los dos elementos de la antena, y al ser la antena EH de pequeño tamaño, las
tensiones o corrientes generadas en ambos elementos de la antena son prácticamente iguales en amplitud y
fase, por lo que prácticamente se cancelarán a la entrada del receptor: Los ruidos eléctricos y magnéticos
son prácticamente suprimidos por las antenas EH.
Frente a ruidos puramente eléctricos o magnéticos, las antenas EH son unos 30 dB más silenciosas
que una antena dipolo convencional. Esto permite que en determinadas ubicaciones, donde hay mucho ruido de
naturaleza eléctrica, las antenas EH puedan recibir bien señales que serían completamente tapadas por el
ruido local si se usara una antena hertz.
Finalmente, decir que la alta capacidad de la antena y su alta resistencia de radiación dan lugar a que
las antenas EH tengan un buen ancho de banda y una alta eficiencia. La relación entre la longitud de los
cilindros y su diámetro además determinan el diagrama de radiación de la antena, ya que de esta relación
depende cómo interaccionan los campos eléctrico E y magnético H para formar las ondas electromagnéticas y
cómo son radiadas. Para las bandas de radioaficionados más altas que la de 40 metros (para las cuales no se
necesitan altos ángulos de radiación) Ted Hart recomienda la relación longitud/diámetro de los cilindros de 6
(e inferior para bandas más altas), mientras que para la banda de 40 metros y bandas más bajas, recomienda la
relación de 12. Si la antena es montada en posición vertical, las relaciones longitud/diámetro de los cilindros
mayores permiten altos ángulos de radiación. Para las antenas EH que diseña para las bandas de radiodifusión
en Onda Media, la relación longitud/diámetro de los cilindros de 6 proporcionaría un diagrama de radiación
bastante similar al de una antena de radiodifusión vertical de cuarto de onda, aunque con un ángulo de radiación
vertical algo menor. Y por otro lado, el diámetro de los cilindros determinan el ancho de banda de la antena
(mayor a mayor diámetro de los cilindros).
RED DE DESFASAJE PARA UNA ANTENA EH Ahora que sabemos cómo funciona una antena EH según sus creadores, podemos pasar a ver cómo realizar una
de acuerdo a ello.
Como se ha dicho anteriormente, una antena EH es una antena corta de Hertz sintonizada, típicamente de
tipo dipolo, constituido por dos cilindros cortos de grueso diámetro, a la que se han añadido una red de
desfasaje que introduzca un desfasaje adecuado a la corriente eléctrica para enfasarla con la tensión, lo
que provoca que en la misma antena campo eléctrico E y campo magnético H estén enfasados, y la antena radíe
prácticamente toda la potencia ya directamente como radiación electromagnética (y no como campos próximos).
Partiendo de un par de conductores cortos y gruesos, para formar una dipolo corta con gran componente
capacitativa, para construir una antena EH será necesario:
1: Llevar la antena corta a sintonía a la frecuencia de uso,
2: Enfasar la corriente y la tensión en la antena.
3: Adaptar la impedancia de la antena (al estar sintonizada, será su resistencia de radiación) a la
impedancia de la línea de alimentación.
Consideremos el caso de una antena dipolo corta y gruesa que la queremos hacer trabajar en la banda
de 40 metros (7 MHz), y que esta antena presenta una resistencia de radiación Rr de unos 20 ohmios, y
una capacidad natural de unos 10 pF. Debido a que la inductancia de tal antena es prácticamente despreciable,
la reactancia de la antena será prácticamente capacitativa, y el valor de ésta será la reactancia que muestran
esos 10 pF a la frecuencia de 7 MHz, que son unos 2.274 ohmios.
Por tanto, la impedancia de tal antena, en expresión compleja, será:
Z = Rr - Xc = 20 - 2274j
y el ángulo de fase de la impedancia será de -89,5 grados (en un diagrama vectorial de impedancias,
es el ángulo entre el vector impedancia y el eje que soporta las resistencias no complejas, como es la
resistencia de radiación):
Por tanto, para compensar este ángulo de desfase de la impedancia se deberá añadir una reactancia
inductiva Xl que compense la reactancia capacitativa Xc de la antena para llevarla a resonancia
(-Xc = Xl, Z = Rr), lo que significa introducir un desfase de +89,5 grados en el diagrama de impedancias,
lo que hace resonante a la antena a la frecuencia de operación, y además deberemos añadir un desfase adicional
de +90 grados, para que en la antena la corriente se enfase con la tensión. Esto supone introducir un desfase
total de 89,5 + 90 = 179,5 grados. Y además, debe adaptarse la impedancia de la antena resultante, que será
su resistencia de radiación de 20 ohmios (al ser resonante) a la impedancia de la línea de transmisión,
típicamente 50 ohmios.
La siguiente figura muestra dos ejemplos de los primeros diseños de la antena EH, donde se usaban
redes de desfasaje en L y en Pi:
Figura 5 Una red de adaptación que pueda hacer todo esto más eficazmente sería por ejemplo una red L+T,
esto es, una red compuesta por una red en L seguida de una red en T, y es lo que se muestra en la
FIGURA 6. La red L permite la adaptación de impedancias de la línea (50 ohmios) a la
antena (20 ohmios), y esta adaptación de impedancias concreta introduce un desfase de 45 grados. La red T
deberá entonces introducir los 134,5 grados restantes de desfase para conseguir que la red L+T completa
introduzca el desfase total de 179,5 grados requeridos para construir la antena EH de este ejemplo.
Los datos mencionados son para este ejemplo. En ayuda del radiotécnico y del radioaficionado existen
programas que permiten calcular resistencias de radiación de antenas cortas (nos puede servir para ello la
fórmula empírica mencionada anteriormente), capacidades e inductancias naturales de las antenas, y para el
cálculo de redes de desfasaje para RF, que nos facilitarán el cálculo y desarrollo de una antena EH.
Figura 6
En el caso de usar una red L+T para que una antena corta Hertz sea convertida en una antena EH, similar a
la mostrada en la FIGURA 6, hay que decir que la red en L está compuesta por C1 y L1,
mientras que la red en T está compuesta por L1, L2 y C2. La bobina L1, pues, participa de ambas redes, y ello
se hace para reducir el tamaño de la red total L+T a dos bobinas (y dos condensadores).
Pero además la bobina L2 ha sido dividida en dos partes, donde una de ellas se ubica entre los dos
elementos de la dipolo. Ello obedece a dos razones: Por un lado, si la conexión entre la red de desfasaje y los
dos elementos de la dipolo se realizara directamente por dos hilos de alimentación, y éstos están adecuadamente
enfasados para que la antena radíe, los hilos de alimentación también van a radiar, lo que es un efecto
indeseable. Y por otro lado, al dividir la bobina L2 en dos partes conectadas a través de los hilos de
alimentación, se reduce la aparición de altas tensiones de RF en dichos hilos. Y es que a través de L2 se
desarrollan altas tensiones de RF.
En efecto, la corriente de RF que circula por la antena para una potencia de transmisión P dada se puede
calcular por la fórmula:
P = I 2 * Rr
mientras que la tensión de RF que se desarrolla a través de la antena será:
V = I * Z = I * ( Rr + j ( Xl - Xc ) )
En nuestro caso tenemos que la resistencia de radiación Rr es baja, por lo que la intensidad I será
alta, y como la capacidad natural de la antena es baja, lo que implica una reactancia capacitativa alta,
da lugar a tensiones altas. Esto justifica también el uso de una red L+T, ya que permite el uso de
condensadores de baja tensión, aunque capaces de soportar el paso de altas corrientes, y las altas
tensiones se desarrollan a través de la bobina L2.
En nuestro ejemplo no se ha tenido en cuenta la inductancia natural de la antena, sólo se ha considerado
la capacidad y la resistencia de radiación. Si se considera la inductancia natural de la antena, que es muy
baja, su reactancia inductiva tiene un valor bajo, que cancela parte de la reactancia capacitativa, y esto
equivale a considerar que la antena tiene una capacidad virtual natural mayor que la real. A efectos de
cálculos, considerar la inductancia de la antena es aproximadamente lo mismo que considerar que
la antena tiene una capacidad natural 1,4 veces la capacidad natural real, que en nuestro ejemplo
sería una capacidad de 14 pF. Y volviendo a recalcular la antena EH con este nuevo valor de capacidad,
se obtiene un modelo de antena EH más preciso.
Con los programas de cálculos de redes adecuados es relativamente fácil para el aficionado calcular una
red L+T para diseñar una antena EH, y usando para ello materiales de bajo coste. Para el caso de
una antena EH estándard, el espaciado entre los dos elementos de la dipolo es igual al diámetro de
la sección de cada elemento, lo que implica una capacidad natural entre elementos de aproximadamente 7 pF
(margen de 7 a 10 pF), y la longitud de cada elemento es pi veces (3,14159) el diámetro de cada elemento
(es decir, es igual a la longitud de la circunferencia de la sección de cada elemento).
Existe otro tipo de red de desfasado para la construcción de las antenas EH, la red L+L, que
emplea condensadores de valor más bajo y de mayor tensión. Es una red L+L , constituida básicamente por
dos bobinas iguales y dos condensadores del mismo valor, aunque los valores de las bobinas y de los
condensadores pueden variar algo en el ajuste final de la antena.
Este tipo de red es de menor coste que una red L+T, pero más difícil de ajustar para un radioaficionado
medio, y es el tipo de red que emplean las antenas EH comerciales que se están fabricando en la factoría de
Stefano Galastry (IK5IRR) en Florencia (Italia) (Arno Elettronica,
www.eheuroantenna.com). La FIGURA 7 muestra el esquema de una antena EH con una
red L+L con datos para las bandas de 40 y de 20 metros, y la FIGURA 8 muestra el
esquema de este tipo de red, donde se ha tomado como modelo equivalente de la antena corta de Hertz una
reactancia capacitativa Xa en paralelo con una resistencia de radiación Ra, según el modelo empleado por
Lloyd Butler (VK5BR).
Figura 7
Figura 8
En este modelo Ra tiene un valor igual a 2 * Pi veces el valor de la impedancia radioeléctrica del aire
o vacío (376 ohmios), esto es, 2368 ohmios, para el caso de una antena EH estándard (elementos de longitud
Pi veces el diámetro de cada cilindro, y separación entre cilindros igual al diámetro de éstos). La red
adapta la impedancia de la línea de alimentación (50 ohmios típicamente) a la resistencia de radiación
paralela Ra de la antena, llevándola a resonancia, cosa que se podría hacer también con una única red
adaptadora en L (constituida por una bobina en serie y un condensador en paralelo con la antena), pero el
uso de una red L+L además simetriza la alimentación de la dipolo y realiza los cambios de fase requeridos
para convertir la antena corta de Hertz en una antena EH. Cada elemento reactivo de ambas redes L tiene una
reactancia igual a la raíz cuadrada de 50 veces el valor de Ra (2368 ohm), lo que es un valor de 340 ohmios
(para adaptar la antena a 50 ohmios). Hay que tener en cuenta que la reactancia capacitativa de cada red L
está constituida por el condensador de la red y la capacitancia Xa de la antena, ambas en paralelo (de ahí
que en la FIGURA 8 sólo se muestre la presencia de Xa en el modelo de antena, ya que
Xa está reflejada y embebida en los 340 ohmios de la reactancia capacitativa de cada una de las dos redes L).
Llevado a la práctica, estos valores de reactancias para los cuatro componentes de la red L+L, y teniendo
en cuenta que la capacidad natural de la antena es de 7 a 10 pF, en la banda de 20 metros (14 MHz) implica
usar bobinas de 4 µH y condensadores de 33 pF (incluye la capacidad reflejada de la dipolo, en paralelo).
Estos valores deberán reajustarse a la práctica en una de las dos redes L al realizar el ajuste fino de
desfases y resonancia de la antena.
UN EJEMPLO PRÁCTICO: ANTENA EH PARA LA BANDA DE 20 METROS
(14 MHz) Este ejemplo práctico de desarrollo de una antena dipolo para la banda de 20 metros ha sido realizado y
publicado por el propio Ted Hart, W5QJR, descubridor y desarrollador del concepto de las antenas EH
y propietario de la firma norteamericana "EH Antenna Systems".
Figura 9
La antena presentada es una antena dipolo compacta realizada sobre una pieza de tubo plástico de una
pulgada de diámetro externo, donde cada elemento se realiza arrollando sobre el tubo de plástico hoja de
papel de aluminio o una lámina de cobre. La longitud de cada elemento del dipolo es de sólo 7,5 pulgadas,
esto es, 19 cm. Usa una red de desfasaje L+T como la descrita en la FIGURA 6. La
FIGURA 9 muestra a Ted Hart con una antena de este tipo.
1- Hágase con hojas de papel de aluminio o de cobre (o de cualquier otro material conductor) y
de un tubo plástico de una pulgada (2,54 cm) de diámetro externo. Para éste último puede usar tubería
plástica usada para conducciones de agua, de diámetro interno de 3/4 de pulgada, lo que corresponde a un
diámetro externo de una pulgada.
Arrolle las hojas de aluminio o de cobre alrededor del tubo plástico para formar los dos elementos de la
dipolo. Espacie ambos elementos el diámetro del tubo, esto es, una pulgada. Puede usar cola o cinta adhesiva
para fijar adecuadamente el material conductor al tubo plástico. La longitud de cada elemento cilíndrico de
la dipolo será de 7,5 pulgadas (19 cm).
Puede usar en lugar de lo anterior tubería de cobre de una pulgada de diámetro para construir los cilindros
de la dipolo, y usar un espaciador plástico para separar ambos cilindros. Estos materiales se pueden encontrar
sin problemas en cualquier fontanería.
2- Mida la capacidad entre ambos cilindros de la dipolo. Si no dispone de instrumental adecuado
para ello, le anticipamos que su valor es de aproximadamente 7 pF.
3- Calcule la resistencia de radiación de la antena. Resultará ser unos 30 ohmios.
4- Con estos datos, y usando un programa de cálculo de redes para RF, calcule los valores de los
componentes de la red L+T necesaria para esta antena. Éstos resultarán ser los siguientes:
Para los condensadores a emplear, cualquier condensador cerámico permite la operación con bajas potencias
de transmisión, pero para operar con potencias de hasta 100 watios, son adecuados los condensadores de mica
ajustables mediante tornillo de compresión.
5- Para ajustar la antena se requiere ajustar la inductancia total necesaria para hacer resonante
la antena. Ello viene determinado por el número de espiras de las bobinas, y por la separación entre espiras.
Modifique la separación entre espiras para un ajuste fino. Como alternativa, suelde un muy corto hilo metálico
en el extremo inferior del cilindro inferior de la dipolo, y ubíquelo en el espacio de separación entre el
extremo del cilindro y la bobina L2. Curvando este hilo en dicho espacio, se puede ajustar el punto de
resonancia de la antena en varios cientos de KHz.
6- Para ajustar la antena a mínima ROE, es necesario ajustar el valor del condensador de la red T,
condensador C2, así como su punto de conexión a las bobinas. No es necesario ajustar C1, por lo que éste puede
ser un condensador de valor fijo, aunque si fuera variable, permitiría resintonizaciones finas de la antena
debidas a pequeñas variaciones en la inductancia de las bobinas. Para C2 use un condensador de mica ajustable.
Para realizar estos ajustes, puede usar un generador de RF variable, un sencillo medidor de campo a diodo,
y un medidor de ROE de puente de resistencias para bajas señales. Con el generador de señal puede inyectar una
señal a la antena en torno a los 14 MHz, e irla variando lentamente de frecuencia, y con el medidor de campo
puede observar entonces la intensidad relativa radiada por la antena. Ello le permitirá observar a qué
frecuencia radia la antena con mayor intensidad. Regule C2 hasta que la antena radíe con mayor intensidad
en la frecuencia deseada.
Ajuste ahora finamente la antena a mínima ROE ajustanto el espaciado entre espiras de L1 y retocando el
ajuste de C2.
Una vez ajustada la antena a mínima ROE, puede usar la antena dentro de un buen rango de frecuencias sin
apenas variar la ROE.
7- Compruebe el ancho de banda de la antena. Los resultados que obtendrá serán:
245 KHz para un ROE máximo de 2:1
390 KHz para un ancho de banda de ±3dB.
Este ancho de banda a ±3 dB es el mismo que el de un dipolo completo para esta banda (20 metros), y ello
corresponde a un Q de 36,4. Dado que Q = Xl/R, y Xl = 1296 ohm, entonces R = 35,6 ohm. La resistencia a la RF
de las bobinas es de unos 2,18 ohmios, por lo que la resistencia de radiación de la antena será 35,6 - 2,18 =
33,43 ohmios, muy superior a los 0,124 ohmios que tendría la correspondiente antena corta de Hetz. La
eficiencia de nuestra antena será del 94% ( = Resistencia de radiación entre resistencia total).
8- Otros cálculos sobre esta antena:
Cuidado al manipular la antena, a causa de las altas tensiones que se presentan en transmisión, incluso
con bajas potencias, en el centro de la antena.
CONSTRUCCIÓN DE UNA ANTENA PARA LA BANDA DE 40 M
(7 MHZ) Descrita por Stefano Galastri (K5IRR), Abril 2002.
Esta antena para la banda de 7 MHz tiene un buen compromiso entre el diámetro de los cilindros, grande
para permitir su fácil construcción, y su tamaño, lo suficientemente pequeño como para construirla en la
mesa de nuestro cuarto de radio. La información aquí descrita sirve para construir una antena EH para
cualquier otra banda de radioaficionados distinta a la de 40 metros.
La antena usa una red de cambio de fase L+L, y su diseño obedece al mostrado en la
FIGURA 7. La Figura 10
Se precisa:
NOTA: Para antenas para frecuencias de 7 MHz o inferiores la mejor relación longitud/diámetro para
los cilindros es de 1,5 : 1 . Para frecuencias de 10 MHz y superiores, la mejor relación es de 3,14 : 1
(esto es, Pi : 1). Así, para nuestra antena de 7 MHz, la longitud de cada cilindro deberá ser de
4 * 1,5 = 6 pulgadas (15 cm).
El diagrama de radiación de las antenas EH cambia con la mencionada relación longitud/diámetro de los
cilindros. Para frecuencias de 10 MHz y superiores interesa un ángulo vertical de radiación bajo, lo que
es excelente para los enlaces a largas distancias (DX), y ello se consigue aumentando dicha relación
(cilindros más largos). Por contra, para comunicaciones a menores distancias, típicas en las bandas más bajas,
puede usarse mejor la relación 1,5:1 , pero esta relación aumenta la impedancia Z de la antena y ello da lugar
a tensiones de RF más elevadas en los condensadores ( pues P = V 2 / Z ), esto hay que tenerlo en
cuenta: deberá emplear condensadores variables con mayor espaciado entre placas.
Debido a la mayor impedancia de la antena para la relación 1,5:1 , los condensadores empleados serán de
valor la mitad que los empleados para la relación 3,14:1 , y las bobinas deberán ser de mayor impedancia (de
más espiras). Si para la relación 3,14:1 se emplean condensadores de 63 pF para esta antena (banda de 7 MHz),
para la relación de 1,5:1 serán de 30 pF y de mayor tensión.
Realice los dos cilindros en el tubo de PVC con las siguientes medidas:
Longitud de cilindro: Diámetro x 1,5 = 4" x 1,5 = 6 pulgadas (15,2 cm).
Separación entre cilindros = Diámetro = 4 pulgadas (10 cm).
Y eso es todo. La antena ya está físicamente construida.
A considerar previamente varias cosas sobre el conexionado de la red L+L empleada. La ubicación de la red
de desfasaje es en el tubo de PVC de soporte debajo del cilindro inferior, y se conectará a los cilindros de
la antena mediante dos hilos paralelos que transcurren por el interior del tubo de PVC de soporte.
- El hilo que alimenta el cilindro superior deberá pasar cerca del centro del tubo soporte de PVC de la
antena.
- El hilo que alimenta el cilindro inferior deberá pasar cerca de la pared del cilindro inferior por el
interior del tubo.
- El hilo que se conecta al cilindro superior, se conectará a éste en su borde inferior.
- El hilo que se conecta al cilindro inferior, se conectará a éste en su borde superior, y
posicionado a 180 grados del punto de conexión del otro cilindro.
Prácticamente, el punto de alimentación de los dos cilindros es en el centro de la antena, igual que en
cualquier dipolo.
Al decir el borde de un cilindro, realmente significa el borde. Se puede hacer un agujero entre
el tubo de PVC de soporte y la lámina de cobre, pasar el extremo del hilo, y cuando vaya a soldarlo al borde
del cilindro, usted puede doblarlo para dejarlo justamente en el borde del cilindro, y después puede cortar
y eliminar el trozo de hilo sobrante.
Para que los dos hilos pasen a través del interior del tubo, se pueden usar hilos de cobre rígido. Ello
permitirá, una vez doblados adecuadamente, mantenelos en el interior del tubo en sus posiciones adecuadas.
ADICIÓN DE DOS PEQUEÑAS BOBINAS Se añadirán dos pequeñas bobinas realizadas con dos espiras cada una en serie con los cilindros. A estas
bobinas nos vamos a referir de momento como "bobinas de aislamiento".
Cuando se genera la radiación en los dos cilindros, los hilos que transportan la energía de RF internamente
a éstos desde la red irradían algo. Ello da lugar a algunas pérdidas. Por ello se realizan dos bobinas de
dos espiras en el tubo de soporte junto al borde de cada cilindro (en el espacio de separación entre
cilindros). Técnicamente el objeto de esto es generar algún pequeño retardo en las corrientes de RF que
alimentan los cilindros. Haciendo esto, sólo los dos cilindros mantendrán la fase correcta.
Las dos bobinas se conectarán en serie entre los hilos de alimentación que vienen por el interior del
tubo y el borde del respectivo cilindro. La separación entre cada bobina y el respectivo cilindro no es
crítica, 0,01 o 0,02 pulgadas (2-5 mm) es suficiente.
En general, la disposición constructiva (en vertical) para la antena será (en este orden, de arriba a
abajo): El espacio entre los dos cilindros debe mantenerse igual al diámetro de los cilindros. La distancia
entre L2 y el borde inferior del cilindro inferior es de unas 2 pulgadas (5 cm), no es crítico. Las dos
bobinas de aislamiento pueden realizarse y ubicarse en el interior o en el exterior del tubo.
REALIZACIÓN Y AJUSTE DE LA RED L+L
Recomendamos mucho que emplee condensadores variables de aire para iniciar los ajustes. Después usted
podrá usar condensadores de fabricación casera cuando ya tenga práctica en el ajuste de la antena prototipo
y vaya a realizar la versión final de la antena.
Para realizar las bobinas de la red L+L emplee hilos aislados de los empleados para las instalaciones
eléctricas del hogar. Posteriormente, cuando tenga usted práctica suficiente, puede emplear en su lugar
hilo de cobre esmaltado, al realizar la versión final de la antena.
Arrolle 13 espiras juntas en el tubo para L2 y 12 espiras para L1. Es muy importante que L2 tenga una
espira de más que L1.
Mantenga una separación entre L2 y L1 de unas 6 pulgadas (15 cm), no es un valor crítico. Se recomienda
arrollar todas las bobinas de la misma manera. Con separaciones inferiores entre L1 y L2 disminuye el ancho
de banda de la antena.
Fije las bobinas lo mejor que pueda para que no se muevan ni se deformen. Puede emplear goma de pegar, etc...
Y ya tendrá el prototipo de la antena.
Siguiendo este procedimiento, no necesitará conocer los valores de la inductancia de ambas bobinas para
realizar la antena.
Esto es lo que tiene que hacer: Hágase con un generador de RF portátil a batería, mejor si su caja de
chasis es metálica, y conéctelo directamente al conector de su antena EH, sin ningún alargo de cable coaxial
por medio.
Utilice un medidor de campo a diodo situado cerca de la antena, y ponga el generador en marcha. Ajuste
los condensadores de la red L+L de la antena a máxima indicación de señal en el medidor de campo. Una vez
conseguido, aumente la potencia del generador o transmisor, para el posterior ajuste los condensadores a
mínima indicación de ROE.
Si no dispone de un generador de éstos, use un transceptor de HF de baja potencia, o ajustado a mínima
potencia, y mantenga la antena alejada del transmisor.
Conecte un medidor de ROE directamente al conector de la antena, sin ningún alargo de coaxial por medio.
Ahora sí puede conectar el transmisor de HF de baja potencia al medidor de ROE mediante una línea coaxial, y
reajuste los condensadores a mínima indicación de ROE en el medidor.
El generador ha de ser sintonizado sobre los 7 MHz, y se recomienda se mantenga en posición estable
durante los ajustes. Su caja ha de ser metálica y no de plástico, ya que lo blindará de la potente radiación
generada por la antena, que puede dar lugar a errores en el ajuste de la frecuencia de sintonía correcta de
la antena si la caja del generador no es metálica.
Y el generador ha de ser alimentado con pilas internas, ya que de usar una alimentación externa, los
cables de conexión a la fuente de alimentación externa pueden influir en el ajuste de la sintonía de la
antena, y el punto de ajuste obtenido entonces luego puede no concidir con el real cuando se conecte la
antena al cable coaxial de alimentación para su empleo normal.
Al ajustar C1 y C2 a mínima ROE, hágalo cada vez realizando muy pequeñas variaciones en el ajuste de estos
condensadores, hasta obtener la ROE de 1 : 1.
En este punto no es muy importante la frecuencia exacta del generador, que deberá ser sobre los 7 MHz,
lo importante es ajustar los condensadores a la ROE de 1 : 1 . Una vez conseguido, ya puede pasar a sintonizar
y ajustar la antena a la frecuencia de operación deseada.
Con el fin de compensar la variación de frecuencia debido al efecto de acoplamiento capacitativo de la
antena con el suelo (como ocurre normalmente con cualquier antena), se sugiere realizar la sintonía de la
antena a una frecuencia algo mayor a la de uso.
El medidor de campo debe estar colocado a la altura del centro de la antena, esto es, a la misma altura
que el área que separa los dos cilindros. Ello es así porque dicha zona de la antena es la zona de máxima
radiación de ésta. Y tenga el medidor siempre a la vista durante los ajustes.
Intente obtener la ROE de 1 : 1 para la máxima indicación de señal en el medidor de campo.
Compruebe el ancho de banda de la antena para una ROE de 2 : 1 , y anótelo.
Elmine una espira de cada bobina de la red y repita de nuevo los pasos de ajuste anteriores (mantenga
siempre una espira de diferencia entre L1 y L2). Es conveniente eliminar las espiras en exceso.
Realice el proceso anterior las veces que sean necesarias hasta obtener la máxima indicación de señal en el
medidor de campo (siempre sin moverlo de su posición inicial), entonces deberá también haber obtenido el mayor
ancho de banda a ROE 2 : 1 , y por tanto la máxima eficiencia para la antena. Entonces la red L+L estará
ajustada correctamente. Las bobinas entonces tendrán entre 10 y 12 espiras.
Ya puede conectar la línea de alimentación coaxial y usar la antena.
Una vez conecte la línea coaxal a la antena, el punto de resonancia de ésta variará algo. Varíe la
frecuencia de operación para buscar la frecuencia a la que la antena muestra la ROE de 1 : 1. Si esta
frecuencia está demasiado apartada del valor a la que fue ajustada, tome nota de la diferencia de frecuencia
de sintonía, conecte de nuevo el generador a la antena (con el cable coaxial ya conectado) y retoque la
sintonía de la antena para corregir esa diferencia de frecuencia.
Pero si no obtiene la ROE de 1 : 1 , deberá realizar de nuevo el proceso de sintonización de la
antena. Es muy importante obtener una ROE de 1 : 1 con la línea coaxial conectada usando un
generador de RF de muy baja potencia. Si la antena es alimentada con 1 o más watios, puede ser imposible
obtener una lectura de ROE de 1 : 1 , y esto no es debido en sí a la antena, sino que se está
procediendo a realizar los ajustes de la antena con una potencia del generador que está afectando a las
indicaciones que muestra el medidor de campo, ubicado en las proximidades de la antena, y que está dando
lugar a medidas erróneas que están falseando el ajuste de la sintonía de la antena. Para evitarlo, deberá
situar el medidor de campo a una distancia de la antena no inferior a la longitud de uno de los cilindros.
Tenga en cuenta que no está trabajando con una antena tipo Hertz, sino con un tipo de antena de concepción
distinta.
La lógica de la sintonzación de la antena es la siguiente:
- Si la inductancia de L1 se reduce, el valor de C1 deberá aumentarse.
- Si la capacidad de C1 se aumenta, deberá reducirse la capacidad de C2.
O bien:
- Si la inductancia de L2 se reduce, el valor de C2 deberá aumentarse.
- Si la capacidad de C2 se aumenta, deberá reducirse la capacidad de C1.
Recuerde que L2 siempre ha de tener al menos una espira de más que L1.
Esto deberá conducir al ajuste correcto de las dos bobinas. Cuando lo consiga, los dos condensadores,
C1 y C2, deberán tener prácticamente el mismo valor (± 3 pF).
Entonces la red L+L estará bien balanceada y la antena tendrá sus mejores prestaciones. Cualquier efecto
del intenso campo radiado por la antena sobre el transceptor será minimizado.
CONSIDERACIONES SOBRE ACOPLAMIENTOS
DE LA ANTENA EH A LA LÍNEA Por su modo de funcionamiento, según sus creadores, las antenas EH generan una cantidad de energía
radioeléctrica igual o mayor a la que genera una antena dipolo clásica y en un espacio muy reducido, debido
al pequeño tamaño de este tipo de antenas. Ello implica que alrededor de una antena EH hay un campo
radiado muy intenso, mucho mayor que el que se genera alrededor de una dipolo, y por tanto la malla del
cable coaxial de alimentación de la antena estará inmerso en este intenso campo radiado, por lo que el propio
campo radiado inducirá en la malla corrientes de RF que se dirigirán a través de la malla del coaxial
hacia el transceptor, provocando un aumento de la ROE, y aumentando el riesgo de quemaduras por RF. Por ello
los creadores de la antena EH sugieren varias cosas:
a) La más importante: tienda el cable coaxial hacia el transmisor paralelo al eje del tubo de la
antena, evitando que el cable esté tendido alrededor de la antena.
b) Lo ideal es colocar la antena por encima del transceptor y no al lado de éste, pero si ello no
es posible, deberá disponer de una buena tierra de RF en la estación.
c) Si no dispone de esta tierra de RF, puede usar un alargo de hilo con un circuito resonante LC
serie insertado conectado a la masa del transceptor. Este circuito deberá ser sintonizado para entregar la
máxima corriente de RF a la frecuencia deseada. Así se consigue tener una tierra de RF virtual que le evitará
incrementos en la ROE.
d) En caso de operar en salidas campestres, la línea coaxial deberá estar tendida sobre la tierra,
hierba o suelo al menos 15 pies (4,5 - 5 metros). La capacidad entre la malla del coaxial y el suelo a que
ello da lugar es suficiente para descargar suficientemente las corrientes de RF inducidas en la malla a
tierra.
Y si es posible, lo mejor es colocar la antena a al menos 3 o 4 metros por encima de la estación.
La línea coaxial no radía ni su longitud afecta a las características de la antena (lo que ya de entrada
es erróneo, ya que las corrientes en la malla de antena, tanto si son inducidas por el campo radiado, como
si tienen otro origen real, también radían). Si cambia la longitud de la línea coaxial, no deben ser
afectadas las características de la antena, incluso aunque reduzca la longitud de la línea coaxial a 1
metro, o inserte choques o balunes coaxiales en la línea (lo cual se verá más adelante que no es correcto).
Por todas las razones anteriores se aconseja no operar con la antena demasiado cerca a usted.
Según sus creadores, la antena EH estándard ( con la relación 3,14 : 1 ) tiene ganancia si se compara
con la dipolo, pero enteramente distribuida en 360°. La antena EH estándard tiene un lóbulo de radiación
de forma muy aplastada, por ello es muy importante la correcta colocación de la antena, siendo lo más
adecuado ubicarla en posición vertical.
El diagrama de radiación de la antena EH es muy adecuado para tener una gran eficiencia para señales
locales y DX (lejanas) en las frecuencias de uso respectivas de acuerdo con la relación longitud/diámetro
empleado. El diagrama de radiación muestra el citado lóbulo con un máximo de radiación horizontal hasta
los 30 a 60 grados de elevación vertical (según el valor de dicha relación: La relación mayor, esto es,
3,15 : 1 , da lugar a lóbulo de radiación más aplastado que para la relación menor, 1,5 : 1 , que tiene un
lóbulo de radiación más ancho en el plano vertical).
Actualmente EH Antenna System fabrica el modelo de antena EH denominado "Star",
principalmente para el uso como antena para estaciones radiodifusoras
en Onda Media. Es una antena que, según Ted Hart, tiene una serie de ventajas respecto a las
antenas verticales usadas en las estaciones radiodifusoras de Onda Media, además de su pequeño
tamaño y poco espacio que ocupan. La antena se ubica izada una cierta altura sobre el suelo. Las siguientes imágenes muestran cómo se diseña una antena de este tipo, con algunas
explicaciones de los desarrolladores de la antena: Figura 11: Esquema básico de la antena EH, consistente en dos
cilindros y una "bobina de sintonía" ("Tunning coil") situada por debajo del
cilindro inferior. La capacidad entre los cilindros y la bobina de sintonía llevan a la antena
a la frecuencia de resonancia. En estas condiciones el tamaño de la antena no depende de la
longitud de onda. Al usarse cilindros de gran sección, la capacidad entre cilindros es mucho
mayor que si se usaran tubos más finos o cables, por lo que el tamaño de la bobina de sintonía
se reduce mucho. Además, el diámetro de los cilindros determina el ancho de banda de la antena
(mayor a mayor diámetro de los cilindros).
Figura 11
Figura 12:Se añade una "Bobina de fase"
("Phasing coil"), ubicada entre los dos cilindros. Su propósito es introducir un
desfase entre la bobina de sintonía y el cilindro superior. Un desfase de 3 grados es
equivalente a una variación de ROE de 2:1. Por consiguiente, se ha elegido un desfase de
6 grados para evitar la radiación de la línea en el interior del cilindro inferior y en
la parte superior de la bobina de sintonía.
Figura 12
Figura 13:El siguiente paso es realizar la conexión
("Tap") a la bobina de sintonía para conseguir el correcto acoplamiento a la
impedancia de la línea de alimentación. Dado que la antena se instala a una cierta altura
sobre el suelo, se requiere una buena adaptación de impedancias para minimizar las pérdidas
en la línea. Observe que ahora la bobina de sintonía está puesta a tierra.
Figura 13
Figura 14: Se añade en el punto de conexión a la bobina
de sintonía una "bobina fuente" ("source coil"), cuya misión es cancelar
con su inductancia la reactancia capacitativa que muestra la antena a la máxima resistencia
de radiación, y así permitir que la máxima resistencia de radiación tenga lugar a la
frecuencia de resonancia para un valor de reactacia de la antena cero (la impedancia de la
antena será R+j0 ohms a la frecuencia de resonancia deseada).
Figura 14
Figura 15: Al punto de conexión ("tap") de la
bobina de sintonía se conecta una línea de transmisión cuya impedancia sea la correspondiente
al valor R de la impedancia de la antena en su punto de conexión. Para antenas Star EH de
gran tamaño diseñadas para emisoras de radiodifusión de Onda Media, esta impedancia es del
orden de 300 a 400 ohmios. Para antenas mucho más pequeñas, la impedancia puede bajar hasta
25 ohmios. La línea de transmisión es de tipo paralela, y se puede hacer bajar por el
interior de la torre que eleva la antena sobre el suelo.
Figura 15
Figura 16: Se añade una red de adaptación en L en la base
de la torre de la antena para adaptar la impedancia de la línea conectada a la antena a los
50 ohmios del cable coaxial de conexión al transmisor. Esta red proporciona un condensador
de ajuste final que permita la correcta adaptación de impedancias entre el cable coaxial y
la línea de conexión a la antena, manteniendo una impedancia de 50+j0 ohmios.
Figura 16
EJEMPLOS DE CONSTRUCCIÓN DE ANTENAS
EH STAR PARA EL RADIOAFICIONADO Estos ejemplos están descritos en la documentación que EH Antenna System
tiene puestos en su sitio Web (al menos a fecha del año 2005), y están destinados
principalmente para los radioaficionados, siendo ejemplos de antenas EH de
construcción barata y sencilla. ANTENA EH STAR PARA 40 M (7 MHZ)
(Descrita en el documento "Demostración 4" sobre antenas EH en el sitio web de
EH Antenna System, año 2005). Diámetro del tubo de soporte: 3,25" = 8,255 cm No se indica el calibre del hilo con que se realicen las bobinas, puede emplearse hilo
esmaltado de 1 mm de diámetro. En otro documento se indica se use hilo esmaltado de calibre
#14 (2 mm de diámetro) Realizar la antena sobre soporte aislante (tubo de PVC o similar); los cilindros se pueden
realizar con hoja fina de cobre. ANTENA EH STAR PARA 40 M (7 MHZ). OTRA VERSIÓN
(Descrita en el documento "Demostración 5" sobre antenas EH en el sitio web de
EH Antenna System, año 2005). Realizadas sobre un tubo aislante (de PVC o similar) de soporte de 1" (2,54 cm) de diámetro.
El hilo para las bobinas será hilo de cobre esmaltado de calibre #14 (2 mm de diámetro). Los
cilindros se pueden realizar con hoja fina de cobre. El espaciado entre cilindros es igual al
diámetro de éstos. Cilindros: relacción longitud/diámetro: Las bobinas tendrán el mismo diámetro que el tubo de soporte, por lo que se pueden realizar
sobre éste. Como en la anterior, las bobinas se arrollarán a espiras juntas. Puede ser
necesario extender un poco la bobina de sintonía (separando algo las espiras) para sintonizar
exactamente la antena a la frecuencia deseada. Si desea anchos de banda mayores, emplee tubos de soporte de mayor diámetro (p.ej, de 2"). ANTENA EH STAR PARA 20 M (14 MHZ)
(Descrita también en el documento "Demostración 5" sobre antenas
EH en el sitio web de EH Antenna System, año 2005). Como la anterior, realizadas sobre un tubo aislante (de PVC o similar) de
soporte de 1" (2,54 cm) de diámetro. El hilo para las bobinas será hilo de
cobre esmaltado de calibre #14 (2 mm de diámetro). Los cilindros se pueden
realizar con hoja fina de cobre. El espaciado entre cilindros es igual al
diámetro de éstos. También para potencias de transmisión de hasta 100 watios. Las bobinas tienen un diámetro de 3" (7,62 cm) aproximadamente, y se requerirán piezas
plásticas adecuadas de adaptación al tubo plástico de soporte para permitir arrollar las
bobinas con este diámetro. Las bobinas se arrollarán a espiras juntas. Puede ser necesario extender un poco la
bobina de sintonía (separando algo las espiras) para sintonizar exactamente la antena a
la frecuencia deseada. ANTENA EH STAR PARA 75 M (3,8 MHZ)
(Descrita también en el documento "Demostración 5" sobre antenas
EH en el sitio web de EH Antenna System, año 2005). Como las dos anteriores, realizadas sobre un tubo aislante (de PVC o similar) de
soporte de 1" (2,54 cm) de diámetro. El hilo para las bobinas será hilo de
cobre esmaltado de calibre #14 (2 mm de diámetro). Los cilindros se pueden
realizar con hoja fina de cobre. El espaciado entre cilindros es igual al
diámetro de éstos. También para potencias de transmisión de hasta 100 watios. Tubo soporte: tubería plástica, de 15 pasos de longitud (para soportar la longitud total
de la antena). Diámetro: 1" ??? Las bobinas tendrán el mismo diámetro que el tubo de soporte, por lo que
se pueden realizar sobre éste. Como en las anteriores, las bobinas se
arrollarán a espiras juntas. Puede ser necesario extender un poco la bobina
de sintonía (separando algo las espiras) para sintonizar exactamente la
antena a la frecuencia deseada. ¿CUAL ES LA REALIDAD DE LAS ANTENAS EH? Las antenas EH son motivo de discusiones sobre su rendimiento real, y además, los principios
de funcionamiento que sobre ellas expone Ted Hart (W5QJR), no son correctos en realidad, lo
que cuestiona aún más las supuestas magníficas características de este tipo de antena. Y otros
hechos cuestionan gran parte de lo que sobre estas antenas afirman desde la empresa EH Antenna
Systems, fundada por Ted Hart.
VALIDEZ DE LAS TEORÍAS DE FUNCIONAMIENTO DE LAS
ANTENAS EH
Desde un principio, desde EH Antenna Systems se justificaba el funcionamiento de las antenas EH en la
errónea teoría de las corrientes de desplazamiento, empleada también para justificar las antenas de
campo cruzado CFA. Según esto, en una antena EH se tendría un campo eléctrico E principal entre los dos
cilindros de la antena (los cuales se comportan como las armaduras de un condensador), y otro campo eléctrico
secundario entre el conjunto de los dos cilindros y el punto de alimentación de la antena. Este campo
eléctrico secundario sería el que crearía las supuestas corrientes de desplazamiento, que fluirían a través
de la capacidad natural entre el punto de alimentación de la antena y los cilindros, y serían las que a su
vez crearían el campo magnético H. Dado que las corrientes de RF al fluir por la capacidad natural de la
antena hace que el campo eléctrico primario esté desfasado 90 grados respecto al punto de alimentación de
la antena, se introduce la bobina de sintonía de la antena para que, ajustándola correctamente, sirviera para
poner los campos E (primario) y H en fase, y por tanto, dieran lugar directamente a la formación del campo
electromagnético radiado en la misma antena (minimizando la existencia de campos E y H cercanos). Esto se
muestra en la Figura 17. Pero, igual que con las antenas CFA, las corriente de
desplazamiento no son corrientes de conducción de cargas eléctricas, es un concepto ficticio que emplearon
los físicos del siglo XIX para justificar las corrientes que fluían por los condensadores al aplicarles
corrientes alternas o variables, y por tanto, no generan campos magnéticos H, y por tanto, la antena no
puede producir radiación electromagnética directamente, tal como afirman en EH Antenna Systems.
Figura 17
La teoría de las corrientes de desplazamiento eran el pilar fundamental para justificar las notables
características de las antenas EH, tal como se explicaba en el sitio web de EH
Antenna Systems, hasta que en verano de 2004 fue remodelado dicho sitio web, y en éste se vieron cosas un
tanto extrañas: Por ejemplo, para describir el funcionamiento de la antena EH se sigue hablando del enfasado
de los campos E y H que genera, pero dejan de mencionarse las corrientes de desplazamiento, y para justificar
ahora el funcionamiento de las antenas EH, ahora se basa en una nueva teoría, basada en el concepto de las
denominadas "ondas estáticas".
La idea de las "ondas estáticas" fue propuesta por el físico ruso Vladimir I. Korobejnikov,
y según esta teoría (Estructure of Electromagnetics fields-waves, The dynamic electron), los electrones
en movimiento generan dos tipos de campos electromagnéticos que tienen comportamientos distintos: Un campo
electromagnético dinámico, que se desplaza a la velocidad de la luz (y que son las ondas electromagnéticas
que todos conocemos), y otro campo electromagnético, generado por el movimiento de giro del electrón sobre
sí mismo (movimiento de spin). Ello supone que deben corregirse las leyes de Maxwell para recoger este
segundo tipo de campo electromagnético, que es un nuevo concepto físico, según este físico ruso, y de
hecho, este físico presenta las ecuaciones de Maxwell ya corregidas.
Este campo estático, debido al movimiento rotatorio del electrón, sería un campo electromagnético de
propiedades diferentes a los que conocemos. Para Ted Hart, en las comunicaciones por radio intervendrian
ambos tipos de campos electromagnéticos, y analizando las ecuaciones corregidas de este físico ruso, se
deduciría que este segundo campo electromagnético sería de tipo estático, y que aunque se atenua con la
distancia, estaría en todos sitios a la vez. O lo que es lo mismo, serían ondas electromagnéticas que no
se mueven, pero que estarían en todas partes a la vez, y ello equivale a decir que las ondas estáticas
son capaces de viajar a cualquier parte de forma instantánea y no a la velocidad de la luz, lo que es
todo un desvarío científico.
De acuerdo con este análisis de Ted Hart, en las comunicaciones por radio intervendrían ambos tipos
de ondas electromagnéticas, las de naturaleza dinámica, que se desplazan a la velocidad de la luz, y
las de naturaleza estática, que estarían instantáneamente en todos los sitios a la vez (aunque se
atenúen con la distancia). En las antenas convencionales o de tipo Hertz, la energía radiada sería
prácticamente toda de tipo dinámica, pero en las antenas de tipo EH se generan ambos tipos de ondas,
dinámicas y estáticas, predominando estas últimas. La forman en que interaccionan los campos magnéticos
creados por las bobinas de sintonía y de fase de la antena con el campo eléctrico entre ambos cilindros
de la antena favorecería la creación de los campos estáticos, al afectar al movimiento de spin de los
electrones que se mueven en los cilindros (extraña conjetura que Ted Hart publica en el sitio web de EH
Antenna System para explicar el funcionamiento de la antena EH).
Para Ted Hart estas ondas estáticas serían las responsables de las particulares propiedades que atribuye
a las antenas EH, e incluso llega a afirmar que gracias a estas ondas estáticas, de diferente conmportamiento
a las ondas electromagnéticas normales (dinámicas) se pueden conseguir comunicaciones en condiciones difíciles
para las ondas electromagnéticas normales, e incluso llega a afirmar que gracias a ellas, dos estaciones de
radioaficionados que operaran con antenas convencionales, cuando dejaran de escucharse a causa de la propagación,
se seguirían escuchando si ambas estaciones estuvieran usando antenas EH.
No se comprenden estos desvaríos científicos para explicar las especiales propiedades de las antenas EH
y pretender que se trata de un nuevo tipo de antena que se apartan de las antenas convencionales, no es
propio de un ingeniero electrónico ya retirado, que tiene un amplio currículum profesional, como es Ted Hart,
creador de este tipo de antenas. Pero aún hay más:
Una de las aplicaciones comerciales de la antena EH es su uso como
antena para estaciones de radiodifusión de Onda Media, ya que su corto tamaño es muy inferior
al de las grandes antenas verticales empleadas por estas antenas radiodifusoras, típicamente
de cuarto de onda. Según Ted Hart, la versión de antena EH para
radiodifusión en Onda Media tiene una ganancia de 3 dB respecto a la antena vertical
de cuarto de onda, tiene buen ancho de banda, no requiere radiales, no depende de la
conductividad del suelo, y genera el mismo campo radiado en ángulos bajos que una vertical de
cuarto de onda con 120 radiales. Dado su pequeño tamaño, ello la hace ideal para un sistema de
antenas de una estación radiodifusora en Onda Media, mucho más barato que con la clásica antena
vertical. Como ejemplo, la antena diseñada por EH Antenna Systems para la parte alta de la
Onda Media (1200-1600 KHz), está realizada con dos cilindros de 20 cm de diámetro y 1,22 m
de longitud (relación longitud/diámetro = 6), y le atribuye las siguientes características: Figura 18 Pues bien, una consultora independiente de radiodifusión, Stu Graham, realizó una serie de ensayos con
antenas EH para la radiodifusión en Onda Media desde octubre de 2003, de acuerdo con los procedimientos de
la FCC norteamericana, y Ted Hart publicó en el sitio web de EH Antenna Systems en abril de 2004 el informe
que dicha consultora elaboró, y según el cual justificaba de forma definitiva el rendimiento de las antenas
EH. En dicho informe se comparó el campo generado por la antena vertical de una estación de radiodifusión
en Onda Media, la estación WKVQ de Georgia (Estados Unidos, en la frecuencia de 1.520 KHz), y el campo
creado por una antena EH (de mucho menor tamaño) operando en la misma frecuencia y desde la misma ubicación.
Para ello se realizaron medidas de intensidad de campo radiado en varias direcciones y en ubicaciones situadas
a distancias de hasta 20 Km de la estación emisora, y los resultados obtenidos indicaban que el campo generado
por la antena EH era (en promedio) ligeramente inferior (-0,84 dB) al generado por la antena vertical de la
emisora radiodifusora. Esto era para una altura de la antena EH sobre el suelo de 0,1 longitudes de onda,
ubicada sobre una torre de 20 metros de altura. Ted indica que si se eleva la antena EH, aumentaría su ganancia
respecto a la antena vertical de la radiodifusora, hasta algo más de +2 dB para una altura de 0,25 longitudes
de onda.
Sin embargo, en las condiciones de las pruebas realizadas, la antena EH estaba ubicada, como se ha indicado
anteriormente, en lo alto de una torre a 20 metros de altura (0,1 longitudes de onda), mientras que la antena
vertical de la estación radiodifusora WKVQ es un elemento elemento radiante de 28 metros de altura, esto es,
de 0,14 longitudes de onda. La antena EH fue alimentada con una línea paralela de 450 ohmios, que al tratarse
de una línea simétrica, no debería radiar. Pero en una de las fotografías que acompañan el informe se observa
que la línea simétrica no estaba tendida con su plano paralelo a la torre, sino perpendicular, por lo que uno
de los dos conductores de la línea paralela estaba mucho más cercano a la torre que el otro, y ello conduce a
un comportamiento un tanto asimétrico de la línea paralela, y por ello no se podía descartar que la línea y
la torre radiasen. Los resultados obtenidos para la antena EH parecen más de acuerdo con estas circunstancias
que con las supuestas características excepcionales de este tipo de antena.
Pero en otra página web independiente apareció una descripción de estos ensayos, de cómo se realizaron y
cuales fueron los resultados, y los resultados presentados eran distintos a los que Ted publicó en el sitio
web de EH Antenna Systems, y en ellos se concluía que la antena EH no era un radiador eficiente para la banda
de radiodifusión de Onda Media. Y aunque Ted Hart intentó justificar desde el sitio web de EH Antenna Systems
algunos de los malos resultados de la antena en estas pruebas atribuyéndolos en parte al uso de una red de enfasaje
para la antena EH propia para las bandas de HF y no de Onda Media, finalmente con la remodelación del sitio
web de EH Antenna Systems en verano de 2004, curiosamente dicho informe fue retirado de dicho sitio web.
Ted Hart incluyó en el sitio web remodelado una serie de documentos "demostrativos" sobre la
teoría de funcionamiento y las propiedades de la antena EH, y en el denominado "Demostración 4"
(dirigido a los radioaficionados), Ted informa: "En mi opinión, el campo E de la antena se acopla
al cable coaxial, que a su vez genera un campo E que interacciona con el campo E de la antena. Si el coaxial
es movido o enrollado, cambia la interacción y el resultado puede ser medido como un cambio de ROE de la
antena". Y efectivamente, esto ha sido observado por bastantes radioaficionados que han probado
las antenas EH. Pero en un buen sistema de antena, la línea coaxial de alimentación de la antena no debe
intervenir apreciablemente en la radiación de la antena. Si la línea coaxial afecta a la sintonía de la
antena, modificando su ROE, es que por ella muy posiblemente estén circulando corrientes de malla (que
normalmente serían atenuadas con choques realizados enrollando el cable coaxial), las cuales dependerían
de la forma en que está tendido el cable coaxial con respecto a la antena. Estas corrientes, al circular
por el exterior de la malla del cable coaxial, también radían, por lo que el diagrama de radiación de la
antena se ve modificado, así como la sintonía de la antena. Ted Hart reconoce estos efectos, pero indica
que estas corrientes de RF en la superficie exterior de la malla son debidas a que el cable coaxial está
inmerso en el intenso campo de RF radiado por la antena y que por ello el campo radiado induce estas corrientes
en la malla del coaxial, y no por el hecho de que la antena EH es una antena no simétrica (y en las cuales se
pueden producir corrientes de malla por el propio funcionamiento de la antena).
Lo que está claro es que si las antenas EH (y las CFA) realmente fueran algo revolucionario, ya estarían
siendo usadas masivamente por los radioaficionados y las estaciones radiodifusoras de Onda Media, y ya serían
bien conocidas y citadas en cualquier libro o tratado sobre radio y antenas, y lo cierto es que son antenas
que ya tienen unos cuantos años en escena, y nada de eso ha ocurrido.
LAS EXPERIENCIAS DE LOS RADIOAFICIONADOS A pesar de lo erróneo de las teorías de funcionamiento de Ted Hart para las antenas EH, ello no significa
que estas antenas no puedan ser utilizadas y funcionar, y diversos radioaficionados las han probado y las usan
incluso de forma habitual. Han sido probadas en diversas bandas de HF para comprobar su eficacia, tanto por
radioaficionados menos técnicos, comparando de una forma empírica su rendimiento respecto a otras antenas más
comunes usadas en HF (como son las antenas verticales y las antenas dipolo), como por radioaficionados más
técnicos (incluidos los que son profesionales en radiocomunicaciones) dotados de instrumental adecuado que les
permita realizar pruebas más serias y profesionales de este tipo de antenas.
En cuanto a las pruebas empíricas, de comparación con otras antenas más comunes, arrojan resultados dispares,
pero por lo general indican que las antenas EH tienen un rendimiento inferior a las antenas de cuarto de onda
vertical o a los dipolos de media onda. Sólo en pocos casos se informa de un comportamiento similar o incluso
superior al de una antena convencional.
En recepción, por lo general se informa que las antenas EH tienen una recepción inferior a la obtenida con
antenas convencionales, que puede ir de una o dos unidades "S" (6 a 12 dB) a 4 o más unidades
"S" (24 o más decibelios: Cada unidad "S" corresponde a una variación en la intensidad
de la señal recibida de 6 dB).
En pruebas de emisión y recepción de las antenas EH a distintas distancias, se ha informado en algunas
ocasiones que las antenas EH proporcionan un rendimiento similar e incluso algo superior a una antena
convencional de HF (dipolo, vertical resonante) a medias y largas distancias, mientras que a distancias más
cortas el rendimiento de las antenas EH es inferior. Ello parece estar relacionado con el diagrama de
radiación de las antenas ensayadas, ya que para distintos ángulos de radiación vertical de las distintas
antenas ensayadas (ángulos que determinan a su vez el ángulo de incidencia de las ondas en la ionosfera, y
con ello el alcance de las ondas en cada salto ionosférico) puede ser mejor una antena que otra. Sin embargo,
en el caso de las antenas convencionales de HF el diagrama de radiación depende de varios factores (como
por ejemplo, su altura respecto al suelo), mientras que para las antenas EH, estos factores no deberían
afectar (según indica Ted Hart).
Ted Hart también afirma sobre las antenas EH que éstas generan y reciben un nivel de interferencias 30 dB
menor que una antena convencional, al no emitir ni ser sensibles a los campos cercanos (los ruidos artificiales
de origen local son debidos principalmente a campos eléctricos, no electromagnéticos). Muchos radioaficionados
informan que efectivamente, las antenas EH presentan un nivel de ruido local inferior al de una antena
convencional, por lo que son más silenciosas en este aspecto, y con ello mejoran la recepción de las señales
de radio. Ello parece dar la razón a Ted Hart en este aspecto a las pretendidas virtudes de estas antenas. Sin
embargo, el ruido radioeléctrico de origen solar no varía con respecto a una antena convencional (pero ello
sería algo lógico, ya que es ruido de tipo electromagnético).
Muchos radioaficionados han observado la fuerte interacción mencionada anteriormente entre la antena EH y
el cable coaxial que la alimenta, interacción que depende de la longitud del cable coaxial que conecta la
antena al equipo y de cómo está tendido en relación a la ubicación de la antena. Estas interacciones originan
importantes corrientes de RF por el exterior de la malla coaxial. Si se intercalan choques de RF en el cable
coaxial para atenuar estas corrientes (mediante toros de ferrita, o realizando bobinados de varias espiras
con el propio cable coaxial), se modifica el comportamiento de la antena, llegándose incluso a desintonizar (lo
que suele ocurrir fácilmente si el choque se coloca a corta distancia del punto de alimentación de la antena),
aumentando entonces mucho la ROE de la antena y disminuyendo notablemente la recepción (en varias unidades
"S").
Si se ensaya la antena EH con instrumental técnico adecuado, se observa que los valores del factor Q y la
resistencia de pérdidas de la antena varían con la posición del cable coaxial. Esto, junto con todo lo anterior,
parece dejar bastante claro que la malla del cable coaxial forma parte del sistema radiante, ya que por ella
circulan importantes corrientes de RF que radían apreciables cantidades de energía. Ello afecta al diagrama de
radiación del sistema radiante, que estará constituido por la antena EH y por la malla del cable coaxial. Este
diagrama de radiación dependerá de cómo se ha tendido el cable coaxial, e incluso de su longitud, y suele
favorecer la radiación del conjunto radiativo antena-cable en unas direcciones más que en otras.
Se ha realizado pruebas de las antenas EH eliminando el efecto del cable coaxial, y ello se consigue
conectando un generador de RF conectado a la antena EH directamente o a través de un corto látigo de cable
coaxial, y alimentando el generador a pilas (para evitar que un cable de conexión a red eléctrica pueda
afectar al sistema), y midiendo la señal radiada con un equipo receptor y analizador de espectro ubicado
a varios cientos de metros de distancia. En estas condiciones se comprueba que la ganancia de la antena EH
es unos 20 a 30 dB inferior a la de una antena vertical de cuarto de onda con radiales conectada a un
oscilador similar en las mismas condiciones de prueba. Y si se añade unos cuantos metros de cable coaxial
entre la antena EH y el equipo generador de RF, la antena se desintoniza, pero una vez es resintonizada,
su ganancia mejora bastante, lo que confirma que el cable coaxial pasa a formar parte de la antena como
elemento radiativo. Pero es que incluso la propia antena EH podría actuar como un tipo de red reactiva que
permitiría que la cara externa de la malla del cable coaxial se convierta en un radiador eficiente (mucho más
eficiente que la propia antena EH).
De todo lo anterior se concluye que la antena EH (una vez eliminada la influencia del cable coaxial) es
una antena muy corta (comparado con la longitud de onda de operación) y compacta, que funciona, pero su
rendimiento es similar al de una antena corta de tamaño similar dotada de una buena toma de tierra.
Técnicamente sería un dipolo muy corto y grueso (formado por los dos cilindros) con dos bobinas de carga que
alargan eléctricamente uno de los dos cilindros y dotada de una red de adaptación de impedancias. El punto
de alimentación de este tipo especial de dipolo no sería su punto eléctrico central (como en los dipolos
ordinarios), pues la bobina de carga alarga eléctricamente uno de los dos monopolos, sino otro
punto totalmente distinto, lo que favorece que aumente bastante la parte real de la impedancia de la antena
(muy baja en una antena dipolo muy corta no cargada y alimentada en su centro, auque presenta una reactancia
capacitativa alta), lo que facilita la adaptación de impedancias usando la red adaptadora adecuada en su
punto de alimentación (una red en pi, en L o en T).
Debido a su pequeño tamaño y al ser una antena compacta, la antena EH es una buena opción para quien no
disponga de sitio para instalar una antena mayor, y además no requiere radiales ni plano de tierra, por lo que
es útil para instalarla en pequeños balcones, en buhardillas, e incluso para operación en portátil.
Fuentes:
EH Antenna - Definition, de Ted Hart (W5QJR), octubre 2002
(disponible en www.eh-antenna.com)
EH Antennas - An article, de Ted Hart (W5QJR) (misma página web)
Some new thoughts on how the eh dipole works (the H field generated by
the longitudinal E field), de Lloyd Butler VK5BR, febrero 2003. How to build and tune your EH Ham Antenna , de Stefano Galastri (K5IRR), Abril 2002 (accesible desde
www.eh-antenna.com)
(Imágenes y artículos originales sobre la antena EH tomadas de estas fuentes en julio de
2004. Actualmente la web www.eh-antenna.com cambió sus contenidos
desde agosto de 2004.
Kabbary Antenna Technology Co, empresa que fabrica y
comercializa las antenas CFA para radiodifusión en Onda Media (mayo 2005).
Construcción de una antena CFA para 20 metros, por Adrian
Van Der Byl, VK2EDB (mayo 2005).
Revista CQ RadioAmateur (Edición española): Artículos de Sergio Manrique (EA3DU) publicados en varios
números de la revista de los años 2003 y 2005 sobre las antenas EH.
Por: Fernando
Fernández de Villegas (EB3EMD) (Septiembre 2007)
Corriente de RF que circula por la antena:
________
I = \/ P * R pues P = I² * R
Para 100 watios, I = 2,8 A ; para 5 watios, I = 0,14 A
Tensiones de RF a través de la antena:
V = I * Z con Z = Rr + Xc = 33,4 + 1144j
Para 100 watios, V = 3204 Vrms ; para 5 watios, V = 160 Vrms.
cilindro superior
bobina de aislamiento de dos espiras
espacio
bobina de aislamiento de dos espiras
cilindro inferior
L2
C2
C1
L1
Coaxial de alimentación
Como separación típica entre los cilindros se toma un valor igual al diámetro de éstos.
En estas condiciones si se mira los componentes de la impedancia de la antena EH en el
punto de conexión a la bobina de sintonía, se observaría que la máxima resistencia de
radiación no tiene lugar para valores de reactancia cero, y esta máxima resistencia de
radiación no corresponde exactamente con la frecuencia de resonancia de la antena (y por
tanto con el mínimo de ROE), aunque esté muy próxima a ésta.
Si la impedancia del punto de conexión es del orden de 50 ohmios, ya se puede conectar
directamente el cable coaxial a la toma de la bobina de sintonía (a través de la bobina
fuente).
Longitud de cada cilindro: 4,5" = 11,43 cm
Espaciado entre cilindros : 3,25" = 8,255 cm
Espaciado entre cilindro inferior y bobina de sintonía: 3,25" = 8,255 cm
Bobina de fase : 3 espiras juntas
Bobina de sintonía: 20 espiras juntas
Toma en la bobina de sintonía : a 1,25 espiras
Bobina fuente : 12 espiras juntas
Longitud total aproximada: 16" = 40,64 cm
Ancho de banda:
160 KHz para ROE 2:1 máxima
360 KHz para +-3 dB
Para potencias de transmisión de hasta 100 watios.
12 (longitud: 30,5 cm)
3 a 5 para uso en DX
Bobina de fase: 2 espiras
Bobina de sintonía: 14,5 espiras. Toma a 2 espiras del extremo inferior.
Bobina fuente: 6 espiras
Ancho de banda: 240 KHz para +-3 dB, centrado en 7,15 MHz.
Cilindros: relacción longitud/diámetro: 3 (longitud: 7,62 cm)
Bobina de fase: 2 espiras
Bobina de sintonía: 12,5 espiras. Toma a 2 espiras del extremo inferior.
Bobina fuente: 5 espiras
Ancho de banda: 540 KHz para +-3 dB, centrado en 14,2 MHz.
Cilindros : ???
Bobina de fase: 4 espiras
Bobina de sintonía: 32 espiras. Toma a 2 espiras del extremo inferior.
Bobina fuente: 7 espiras
Ancho de banda: 130 KHz para +-3 dB, centrado en 3,90 MHz.
- Resistencia de radiación a 1600 KHz: 77 ohmios
- Ancho de banda a 3 dB : 99 KHz
- Eficiencia: 98%
y además informa que montada a 1/8 de onda de altura, su comportamiento supera a una clásica
vertical de cuarto de onda (datos obtenidos con un programa desarrollado por Ted Hart para
analizar este tipo de antenas).
(disponible en http://www.qsl.net/vk5br/EHAntennaTheory.htm)