Antena multibanda para HF, bandas de 40, 20 y 11/10 metros.

(HF End Fed Half Wave multiband antenna, for 40, 20 and 11/10 meter band).

Buscando una alternativa fácil de instalar, simple y menos aparatosa para implementar una antena multibanda capaz de operar en las bandas de 40, 20 y 11/10 metros, llegué a la famosa antena de media onda alimentada en un extremo. A través de E-bay adquirí una versión comercializada por Par Electronics, la EF-10/20/40 MKII, con la que comprobé efectividad y bajo ruido de este tipo de antenas cuando operan en forma horizontal.

Si deseas conocer en detalle esta antena, te recomiendo visitar el excelente sitio web de Steve Yates AA5TB (www.AA5TB.com). Por mi parte, haré sólo una breve descripción teórica, pues me enfocaré en la construcción de esta EFHW para 10/11, 20 y 40 metros, y en mostrar los resultados obtenidos. Los detalles constructivos están basados en el artículo publicado por PA3HHO (https://pa3hho.wordpress.com/end-fed-antennes/multiany-band-end-fed-english/). Mi idea es reproducir este trabajo y contar mi experiencia. En caso de surgir alguna mejora posible, también la comentaré.

¿En qué consiste la antena EFHW (Antena Multibanda de Media Onda Alimentada en un Extremo)?

Es un dipolo de media onda, pero en vez de conectarse la línea de bajada en el centro, se conecta en un extremo (ver Fig. 1). A mi parecer, la gran gracia de esta antena es que podemos utilizar el mismo hilo radiante para varias bandas de frecuencias armónicas, puesto que un hilo conductor de media onda a la frecuencia F, resonará en onda completa completa a 2*F, y en 3/2 de onda a 3*F, y así sucesivamente, siendo el punto de alimentación (en un extremo) siempre de impedancia muy elevada. Por ello, podemos construir antenas mutibanda utilizando un único hilo radiante, lo que hace más facil su instalación y uso como antena portable (por ejemplo, en salidas a acampar).

Al alimentarse en un extremo, como se mencionó anteriormente, la impedancia en el punto de alimentación es altísima (de 2000 a 3000 Ohmios), y por lo mismo requiere un adaptador de impedancias si se quiere conectar a la línea de 50 Ohmios. Típicamente, se usa un transformador de banda ancha con núcleo de ferrita toroidal o binocular, como veremos más adelante.

Fig.1. Comparación entre dipolo de media onda alimentado en el centro, y dipolo alimentado en un extremo. En amarillo, forma aproximada de distribución de la corriente. Notar que es máxima en el centro, lo que explica el hecho que también la impedancia es mínima; mientras que el el extremo la corriente es mínima (y máximo el voltaje), definiendo una alta impedancia.

Si se tiene una alta impedancia en el punto de alimentación, observaremos que la tensión de RF durante TX se eleva a varios kV si utilizamos potencia considerable, lo que hace críticas las características constructivas del módulo adaptador de impedancia. Por otro lado, habitualmente se ocupa el recubrimiento exterior (malla) del cable coaxial de bajada de antena como contrapeso (o contra-antena), lo que hace que este se comporte como parte del sistema radiante y por lo mismo se generan corrientes en modo común que eventualmente pueden afectar el rendimiento de la antena y la captación de ruido. Estas corrientes de modo común se pueden reducir drásticamente mediante el uso de un filtro de modo común (o balún de corriente, o choque de RF), el que debe ser instalado previo al ingreso de la línea coaxial al cuarto de radio. Así evitaremos meter RF en nuestros equipos cuando estemos en TX, y a la vez reduciremos la captación de ruido por parte de la línea coaxial en RX.

Para la adaptación de impedancias, la razón de transformación más utilizada es 1:8, donde en el lado de baja impedancia tenemos la línea de 50 Ohmios y en el lado de alta se coloca el hilo radiante de longitud eléctrica equivalente a media longitud de onda de la señal radiada (o recibida). Con esta razón de transformación tenemos mayor independencia de la R.O.E. (SWR) respecto del largo de la contra-antena (o contrapeso de la antena), siempre y cuando este sea superior al 10% de la longitud de onda de operación de la antena (ver sitio de AA5TB). Por lo mismo, si se trata de antenas multibanda, podemos escoger una longitud de contra-antena entre el 10% y 50% de la correspondiente a la frecuencia más baja de operación (en nuestro caso, banda de 40 metros).

Construyamos nuestra EFHW.

El diseño para las bandas de 40, 20 y 10 metros es el mostrado en la siguiente figura:

Fig.2. Esquema eléctrico de una antena EFHW de 3 bandas. N = 2 y M = 16, sobre núcleo toroidal de ferrita FT140-43. C = 150 pF/ 500V cerámico. Se utiliza el cable coaxial de bajada como contra-antena.

En 40 metros, el hilo se comporta como un brazo de media longitud de onda, recortado gracias a la presencia del inductor L, en nuestro caso de 34 uH. De este modo, logramos acortar el largo total de la antena, o sea D1 + D2 es menor que media longitud de onda en 40 metros, lo que a su vez reduce el ancho de banda y rendimiento en 40 metros.

Para las bandas de 20 y 10 metros, el inductor L se comporta como un choque de RF, es decir, como una impedancia tan elevada que prácticamente no permite el paso de corriente de RF hacia el tramo final de la antena (D2). De este modo, para 20 y 10 metros el largo total de la antena es D1, donde en el caso de 20 metros corresponde a media longitud de onda, mientras que en 10 metros a una longitud de onda completa, donde ambas maximizan su impedancia en el extremo. 

Fig. 3 Antena EFHW para las bandas de 40, 20 y 10/11 metros.
Fig. 4 Adaptador de impedancias antena EFHW para 40, 20 y 10 metros.

El transformador se ha hecho en base al toroide FT140-43 (Ver http://toroids.info/FT140-43.php), formado por 2 espiras bifilares + 14 espiras, con hilo de cobre esmaltado tipo 18 AWG. El secundario lo he enrollado en partes opuestas del toroide, con el objetivo de reducir capacitancias parásitas entre ambos extremos del bobinado. El toroide está recubierto de cinta dieléctrica para proteger la aislación del hilo que conforma el adaptador de impedancias, lo que no significa un problema pues en QRP no tendremos calentamiento del núcleo toroidal.

Para acortar la longitud de la antena de 40 metros, y también para aislar el último tramo de la antena (D2) en la operación de las bandas de 20 y 10 metros, se utiliza un inductor de L = 34 uH. Consiste en 65 vueltas de hilo 18 AWG sobre una tubo de PVC de 1 pulgada de diámetro.

Con el objetivo de obtener una satisfactoria operación del adaptador de impedancias en la banda de 10 metros, he colocado un capacitor de 150 pF en paralelo con el lado de baja impedancia del transformador (probando desde 50pF hasta 200pF, es el que mejor resultado ha dado). Debe soportar por lo menos 500V, como es en este caso, lo que es suficiente para operar equipos con potencias QRP (5W P.E.P o inferior), pues cuando se eleva la R.O.E. esta tensión puede llegar a máximos bastante elevados.

Luego de varias pruebas, las longitudes óptimas para D1 y D2 son:

D1 = 10.1 [m]

D2 = 1.6 [m]

Ajustadas a mi instalación en particular. Dependiendo del valor exacto de la inductancia, de la disposición del hilo radiante (horizontal, vertical o «v» invertida), del entorno (influencia de estructuras conductoras cercanas), tipo de suelo, trazado de la línea de bajada y postura de balún para filtrar corrientes en modo común, estas longitudes pueden variar.  

Ensayos preliminares me han mostrado resultados interesantes… QSOs en la banda de 40 metros a más de 500 km de distancia, y en 10 metros a más de 2.000 km!, con sólo 5 W p.e.p. Una maravilla. Es ideal para salidas a terreno, pues su instalación es muy sencilla. Faltaría medir su eficiencia, especialmente el efecto del transformador toroidal, pero independiente de eso, lo fácil de su construcción, instalación, operación multibanda y experiencia de uso la hacen una opción interesante.

ACTUALIZACIÓN 06/10/2020: llegaron mis núcleos toroidales FT240-43!! pronto un nuevo artículo referente a esta antena…

Aunque… por el momento, un adelanto en la Fig. 5:

Fig.5 Construcción de un nuevo adaptador de impedancias, basado en el núcleo toroidal de ferrita FT240-43.

Luego de revisar experiencia práctica de entusiastas experimentadores, he considerado en este nuevo diseño el uso de 2 núcleos toroidales apilados de tipo FT240-43. Según algunos autores, la eficiencia de este transformador es superior al 80% en toda la banda de HF, cuando se le utiliza con una relación de transformación de 49:1, un capacitor de 100 pF en paralelo con la entrada y una carga resistiva pura de 2450 Ohmios. Mi idea es probar este diseño de adaptador de impedancias para utilizar esta antena con más potencia  (los 100 Wpep que entrega mi FT-450D) y extender el uso a la banda de 80 metros.

Más información en este link (antena multibanda para 80/40/20/10 metros).

12 respuestas a «Antena multibanda para HF, bandas de 40, 20 y 11/10 metros.»

  1. Hola. en la imagen del transformador armado en la caja plástica veo que es 1:64 (2+16) y en los datos indicás que lo armaste con 2 vueltas + 14, supongo que te referís a un nuevo transformador 1:49, en todo caso gracias por el trabajo, está bsatante bueno.

    1. Hola Ignacio.
      El adaptador de impedancias hecho con el FT-140-43 es de relación de espiras 2:16, mientras que la nueva versión construida con 2 x FT-240-43 es de 2:14. En el primer caso, si te fijas las dos primeras espiras son bifilares (primario y secundario trenzados), por lo que debes considerar esas espiras en ambos devanados. Cada espira se cuenta al pasar por el centro espacio del centro del toroide.
      Gracias por tu comentario. Saludos.

  2. Saludo cordial podrían darme información de como elaborar una antena de Hf 40mt fácil y económica que no ocupe mucho espacio.gracias

    1. Hola Demian.
      Como el concepto de «mucho espacio» es relativo, te daré sugerencias generales:
      Si dispones de espacio suficiente como para separar los brazos de un dipolo en V invertida (unos 17 metros lineales), te sugiero esta antena pues necesitas levantar sólo el punto de alimentación del dipolo y los extremos pueden estar cerca del suelo (unos 2 metros está OK para NVIS). Ahora bien, para espacios con unos 10 a 12 metros lineales, puedes probar con la antena EFHW multibanda (además de 40, te permite operar en 20 y 10 metros) que construí años atrás (https://eming.cl/2019/06/06/antena-multibanda-para-hf-bandas-de-40-20-y-11-10-metros/) o con un dipolo con carga lineal (inductores que permiten acortarlo).
      Si tu espacio es de menos de 12 metros, no queda otra más que una antena vertical (cuya aplicación sólo te recomiendo si vives en zona rural, pues al ser omnidireccionales, captan mucho ruido); o un dipolo rígido (sale un poco más caro) o una mini whip (dos antenas móviles puestas sobre un soporte, pero cuya eficiencia es baja por las altas pérdidas en inductores y son de reducido ancho de banda).
      Eso te puedo comentar. Para decidirse por una, hay que analizar en detalle tus preferencias y el espacio.
      Saludos.

  3. Hola.
    Serviria está antena para estación base, a qué altura del suelo la debería poner, y él tipo de radiación sería como una dipolo, o sea, directiva o sería omnidireccional?
    Muchas gracias

    1. Hola. Claro que sirve para una estación base, pero esta versión sólo aguanta potencias bajas (menos de 50W pep). Para la potencia estándar de una estación base (100W pep), puedes construir el adaptador de impedancias con un núcleo FT-240-43 y andarías bien. He leído que en la práctica es mejor utilizar la relación 2:14 en este adaptador de impedancias, lo que sugiero probar. Hace poco recibí materiales para construir una, pero por tiempo no la he armado. Espero hacerlo durante las próximas semanas.
      Respecto del diagrama de radiación, cuando la antena opera en la frecuencia más baja se parece mucho a un dipolo de media onda. En las frecuencias armónicas (bandas de 20m y 10m) el diagrama de radiación se modifica. En todo caso, si la instalas como V invertida y a baja altura, en las armónicas notarás poco la direccionalidad, y en la banda de 40m se comportará como NVIS, radiando hacia arriba (ideal para contactos locales).

  4. A peça está bem explicada,mas, o ferrite usado nessa antena deve ser o FT140-43 ,os toroides de pó de ferro,caso do T130-2 é usado só nas EFHWA monobanda,e, T130-43 não existe.
    No entanto o artigo está muito bem explicado.
    73 de leonel neves

    1. Olá Leonel.
      Obrigado pelo seu comentário.
      Percebi que cometi um erro ao escrever o tipo de toróide. É o FT-140-43, e não o T-140-43. Se você não me disser, não vou descobrir. Mais uma vez obrigado pelo seu comentário. Eu já corrigi o texto.
      Como você diz, o toróide deve ser feito de material 43 ou similar, com alta permeabilidade magnética. Isso exclui os toróides de material tipo 2 ou 6 (amplamente usados ​​para produzir indutores em filtros passa-baixos), pois, com menor permeabilidade, a corrente de magnetização se torna muito alta no lado de 50 Ohm e há perdas de fluxo, o que o que reduz significativamente a eficiência.
      No meu EFHW eu uso o FT140-43. Em breve testarei um com dois toróides do tipo FT-240-43, para criar um EFHW que suporte mais energia. Vou contar sobre minha experiência em uma nova publicação.
      73s
      (texto traduzido de espanhol para português com google)

    1. Hola Mauro.
      Esta antena puedes ocuparla con potencias de hasta unos 50 Wpep con tranquilidad. Para potencias mayores, debes utilizar un toroide más grande en el adaptador de impedancias, y/o apilar dos o más, debido a que disipa un poco de potencia en forma de calor. Esta potencia de RF perdida en el fierro se incrementa conforme aumentas la frecuencia, por lo que se notará más en las bandas altas de HF.
      También, para conservar el comportamiento aproximadamente lineal del adaptador de impedancias, es necesario que el núcleo toroidal no se sature. Por ello, es bueno aumentar la sección transversal del mismo ya que por allí circula la mayor parte del flujo magnético.
      Si trabajas con potencias de hasta 200 Wpep, con un FT-240-43 estarías OK. El capacitor debe ser para alto voltaje, pues cuando se eleva la SWR pueden haber picos de tensión importantes (usa uno para 3kV o más).
      Te recomiendo echar un vistazo a este link: http://gnarc.org/wp-content/uploads/The-End-Fed-Half-Wave-Antenna.pdf
      Hace poco recibí un par de toroides FT-240-43, los que espero pronto utilizar en la construcción de una nueva EFHW para alta potencia (400 Wpep). Ya te contaré qué tal anda.
      Saludos,
      Emerson

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