Introducción

La antena EFHW, cuyas siglas significan End-Fed Half-Wave, es un tipo de antena que se caracteriza por su simplicidad y versatilidad en cuanto a su instalación y uso. Su funcionamiento se basa en el principio de resonancia de media onda, lo que le permite operar en una amplia gama de frecuencias con un rendimiento eficiente.

Consiste en un único conductor radiante que se extiende desde el transmisor hasta un punto elevado, como un mástil, un árbol o un edificio. Este conductor puede ser de cobre, y su longitud está diseñada para ser aproximadamente la mitad de la longitud de onda (λ1/2) de la frecuencia de operación deseada. La parte no radiante de la antena se completa mediante un sistema de acoplamiento que puede ser un transformador de impedancia o un circuito sintonizado.

El diseño de la antena permite su instalación en espacios reducidos, ya que puede ser desplegada en configuraciones verticales, horizontales o incluso en ángulo. Esto la hace ideal para su uso en entornos donde la disponibilidad de espacio es limitada, como en viviendas urbanas o en situaciones de emergencia. Además, su capacidad para operar en múltiples bandas la convierte en una opción atractiva para operadores que desean maximizar su cobertura con una sola antena.

Ejemplos de instalación que podemos configurar:

Ilustración 1 Ascendente

 

Ilustración 2 «V»Invertida

Ilustración 3 Desde edificio o casa

El rendimiento está influenciado por varios factores, como la altura de despliegue, el entorno circundante y la calidad del sistema de acoplamiento. En general, se recomienda instalar la antena a una altura suficiente para minimizar la influencia del terreno y los objetos cercanos. Además, es importante asegurar un buen sistema de acoplamiento para garantizar una transferencia eficiente de energía entre el transmisor y la antena.

En términos de eficiencia y rendimiento, la antena puede competir con diseños más complejos, como las antenas dipolo o las verticales. Su capacidad para operar en múltiples bandas la convierte en una opción atractiva para operadores que desean maximizar su cobertura con una sola antena. Sin embargo, es importante tener en cuenta que su rendimiento puede variar según las condiciones específicas de instalación y operación.

 

Cálculo

Como ejemplo, tomemos un cable que tiene media longitud de onda (1/2λ) en la banda de 80 m (3,5 MHz). Esta longitud será igual a 2 x 1/2λ en (7 MHz) 40 m… 3 x 1/2λ en (10,5 MHz) 30 m… 4 x 1/2λ en (14 MHz) 20 m… 5 x 1/2λ en (17,5 MHz) 17 m… 6 x 1/2λ en (21 MHz) 15 m… 7 x 1/2λ en (24,5 MHz) 12 m… 8 x 1/2λ en (28 MHz) 10 m…

Ilustración 4 Animación armónicos de 80 a 10 metros

 

Para tener una idea, se calcula la longitud del hilo con una fórmula matemática bien sencilla:

 

L (longitud en metros) = 141/f (frecuencia en Mhz)

 

La frecuencia es fundamental y dependerá de las bandas que se elijan para su buen desempeño.

 

  Tabla 1 Longitudes de cable en función de la frecuencia

Aquí podemos ver un cálculo teórico, con los datos que deberíamos tener en cuenta para nuestro hilo largo. (A modo de ejemplo. Que cada uno haga sus cálculos y recordar cortar siempre de más largo para ir haciendo los ajustes. Mejor que sobre cable/hilo que no que falte).

Tabla 2 Cálculo teórico de la longitud de cable para la antena

 

Consideraciones

A modo de ejemplo de lo que nos podemos encontrar cuando montamos este tipo de antena es cual es la mejor configuración para tener la máxima corriente en antena.

Pongamos un supuesto empírico de un equipo en transmisión con 5W en una banda de 20m y nuestra impedancia son 50 ohmios. veamos lo que nos encontramos.

La intensidad será igual a:

 

P=5W; R=50W

 

 

I=316mA

 

 

 

Ilustración 5 Supuesto 1

 

En la ilustración 5 vemos una instalación con las siguientes características. No hay tomas de tierra, y se observa que a la salida del equipo podemos medir 40mA y va bajando hasta la entrada al transformador de impedancia (UNUN). El hilo tiene 180mA aproximadamente a su cuarto longitud de onda (más o menos).

Ilustración 6 Supuesto 2

La ilustración 6 muestra un transceptor que he conectado a tierra. A la salida de este podemos medir 70mA. La longitud del coaxial en este caso es de aproximadamente 5 metros. Se puede medir a la entrada del UNUN 35mA. En el hilo largo aproximadamente hacia la mitad tenemos unos 150mA.

Ilustración 7 Supuesto 3

En la ilustración 7, damos un paso más. Seguimos teniendo el transceptor a tierra. Se ha colocado una bobina de choque al UNUN son un doble PL259 para que estén pegados, sin un latiguillo para unirlos. Tenemos un cable coaxial que va desde el transceptor al equipo con una longitud de 5 metros. La corriente máxima medida en el latiguillo es de 20mA. Colocamos una contra antena de 10 cm y en la punta tenemos una corriente de 20mA. Como podemos apreciar junto con la ilustración 1, volvemos a tener los 40mA ya que hay 20 en la salida del equipo y los otros 20mA en la contra antena. Y en el hilo largo recuperamos los 180mA en el punto más o menos al centro. Aquí hay que mencionar que tenemos menor ruido que en los supuestos anteriores.

Ilustración 8 Supuesto 4

Otra configuración igual que la ilustración 8, pero sin contra antena. Ya no tenemos corriente en la antena o hilo largo. ¿Y dónde está la corriente? En el coaxial, aunque la relación siga siendo 1:1. En el coaxial hace de antena.

Ilustración 9 Supuesto 5

En la ilustración 9, colocamos entre el UNUN y la bobina de choque un latiguillo de coaxial de aproximadamente 1,8 metros. Este coaxial hace las funciones de contra antena y la corriente máxima medible han sido de 20mA, y tenemos 20mA en la salida del transceptor (que no he colocado en la ilustración).

Hay que recordar que las pruebas son en 20 metros. En cualquier otra banda pueden ser diferentes, por las proporciones por la contra antena.

Ilustración 10 Supuesto 6

 

En la ilustración 10, ponemos a tierra tanto el transceptor y el UNUN. Así conseguimos la máxima corriente para la antena. Para ello debemos eliminar el cable coaxial entre el transceptor y el UNUN.

Hay que recordar que las perdidas pueden ser debidas a los siguientes factores:

• Hilo empleado
• Trasformador de impedancia
• Coaxial
• (*) Toma de tierra

(*) Procurar tener una buena toma de tierra y recordar que también hace de antena.

No puedo evitar mencionar la importancia de la Ley de Kirchhoff en este escenario… Si tuviera que parafrasearlo y ponerlo en términos simples, la ley de Kirchhoff establece que la suma total de todas las corrientes que entran y salen de cualquier punto (nodo) de un circuito eléctrico debe ser igual a cero… Por lo tanto, en nuestro contexto relacionado con cualquier punto de alimentación de la antena (nodo), implica que, si una cierta magnitud de corriente radiante fluye desde el punto de alimentación a través del elemento radiante para transmitir potencia, entonces una magnitud igual de corriente también tendrá que fluir simultáneamente hacia el punto de alimentación para que se respete la ley de Kirchhoff. De lo contrario, se produciría poca o ninguna transferencia de energía de RF desde el transmisor a la antena.

Debido a lo anterior, cualquier magnitud de la corriente de RF (radiación + pérdida) tendría que fluir hacia nuestra antena, una corriente de fase (dirección) igual de magnitud, pero opuesta también debe fluir hacia el punto de alimentación de la antena… Pero, ¿cómo va a pasar esto? … En el caso de un dipolo equilibrado, dos secciones de elementos de igual longitud están conectadas al nodo del punto de alimentación. Por lo tanto, la corriente de RF fluye desde una dirección desde una sección de elemento y fluye en la otra dirección hacia la otra mitad de la sección de dipolo. Por lo tanto, la corriente neta en el punto de alimentación dipolo es cero, y la ley de Kirchhoff se mantiene.

Construcción

Para este caso en particular voy a crear un UNUN 49:1 usando dos núcleos FT240-34 apilados.

Ilustración 11 Circuito propuesto

 

*Nota – Debido a que el alimentador coaxial es de 50Ω y la impedancia de la antena sea posiblemente de alrededor de 4000 o 5000Ω, la impedancia debe coincidir. A menudo se utiliza un transformador para realizar esta combinación. Como hace coincidir una carga desequilibrada con una carga desequilibrada, estos transformadores a menudo se conocen como «ununs» en lugar del balun más familiar que coincide con una línea equilibrada a desequilibrada.

La transformación de impedancia es de aproximadamente 50:5000 o 1:100. Como la impedancia en este punto no está bien definida, muchos aficionados utilizan un transformador 1:9, aunque esto solo coincide con una impedancia de 450Ω. Es más preferible usar una relación de 1:49 o 1:64. Hay varios requisitos para estos transformadores en términos de rendimiento eléctrico. A bajas frecuencias, como todos los transformadores, requieren una inductancia primaria adecuada a la frecuencia más baja.

Para otro tipo de transformadores podemos tomar como referencia la siguiente tabla:

Tabla 3 Devanados

Dado que no es un problema tocar los devanados, se pueden proporcionar varias relaciones. Las mismas las enumero en la Tabla 3.  Con el fin de lograr una mejor adaptación a frecuencias superiores a 21 MHz, los dos devanados de acoplamiento deben trenzarse bien con las dos primeras vueltas del devanado secundario.

Un condensador de. compensación de 100pF es parte del circuito de adaptación del UNUN. Se coloca en el primario del transformador para mejorar el desempeño de las frecuencias altas. También ayuda a compensar principalmente la inductancia de fuga primaria.

El valor de 100pF funciona bien. Se puede calcular para las frecuencias a transmitir.

Especificaciones técnicas para situarnos:

Material a utilizar:

• Una caja estanca de policarbonato con especificación IP65 (para poder montarlo en la calle sin que nos entre agua).
• Núcleo Amidon FT240-43 (El material 43 se utiliza para la supresión de EMI / RFI en el rango de 20 MHz a 250 MHz)
• Condensador cerámico 100pF (5Kv mínimo)
• Hilo cobre esmaltado 1mm (recomendable 2mm)
• Conector base UHF SO239 4-T hembra
• Cáncamo acero inoxidable o latón
• Tornillería de acero inoxidable
• Estaño, conectores y pequeño material

Características que buscamos cuando esté terminado:

Frecuencia:                                      3.5MHz – 50MHz

Relación de vuelta                           1:7

Impedancia:                                     1:49

Impedancia entrada:                       50Ω

Impedancia salida:                          2450Ω

Potencia soportada (CW/SSB):     250W /500W y 700W de potencia máxima

 

En primer lugar, pegaremos los dos toroides con un pegamento de cianocrilato.

Ilustración 12 Pegado toroides

Ilustración 13 Bobinado del toroide

Para esté proyecto necesitamos los dos toroides FT240-43, unos 2 metros de cable de cobre esmaltado de 1mm. Lo bobinaremos como la ilustración 11. Las dos primeras vueltas, el hilo de cobre va trenzado.

Ilustración 14 Trenzado manual del hilo de cobre

Para hacer un trenzado lo mejor posible y para que el esmalte no se levante o decape, yo uso un lapicero de toda la vida y sujeto el otro extremo con los dedos. Como se puede apreciar en la ilustración 12, el resultado es más que favorable.

Después comenzamos el devanado. Procurar que cada vuelta quede lo más adherido posible. Nos podemos ayudar para que quede bien prieto con unas bridas de plástico que después es recomendable quitar. El motivo es que se calienta el transformador, y pudiera incluso quemarse, dando una sensación de “pánico escénico”….

Ilustración 15 Devanado terminado

Una vez que hemos terminado con el mismo, pasaremos a mecanizar la caja con todos los agujeros necesarios. Toda la tornillería debe ser de acero inoxidable o cualquier otro material que aguante bien las inclemencias del tiempo.

Ilustración 16 Marcando los agujeros para mecanizar

 

Ilustración 17 Troquelado

 

Es importante sellar bien los agujeros para evitar que el agua se pueda colar dentro de la caja estanca. Se puede realizar con una silicona neutra para el sellado y la impermeabilización con alta resistencia a los rayos UV.

Ilustración 18 Troquelado acabado

Se puede ver la terminación de la colocación de todas la piezas para la caja estanca, colocadas y selladas.

Ilustración 19 UNUN 49:1 acabado

 

Una vez colocados todas las piezas en su lugar, tocará (*)soldar las puntas del transformador tanto al conector SO259, como a la salida de antena y a la toma de tierra.

(*) Es muy importante retirar y limpiar bien el cobre esmaltado antes de soldar, ya que una mala unión puede hacer que el resultado de las medidas SWR no sean las esperadas.

Relación de onda estacionaria (SWR, por sus siglas en inglés: Standing Wave Ratio)

Conclusiones

La antena EFHW es una opción atractiva para aquellos que buscan una solución sencilla y versátil para sus necesidades de comunicación. Su diseño simple, su capacidad para operar en múltiples bandas y su facilidad de instalación la convierten en una herramienta valiosa para operadores de radioaficionados y profesionales de las comunicaciones. Con el adecuado diseño e instalación, la antena EFHW puede ofrecer un rendimiento eficiente y confiable en una amplia variedad de situaciones.

Este es meramente un artículo escrito como pasos que he desarrollado. Ni es la única manera ni estoy en posesión de la verdad absoluta. (¡¡poner debajo que yo no he dicho nada!!).

La radioafición es lectura, cacharreo y disfrutar de lo que uno hace. A mí me funciona, disfruto y se me pasa el tiempo “volando”.

 

73, Guillermo EA1AOC