Antena windom y balun 1:4

Para mi estación fija deseaba acceder a las bandas de HF mediante una instalación sencilla, económica y sobre todo segura y que no requiriese un mantenimiento complicado. Opté por dos tramos de mástil de 3m cada uno, en lo alto de lo cual monté un dipolo de HF y antenas colineales para bandas superiores.

Existen numerosas opciones de dipolos de hilo pero me decanté por el windom. Se basa en una alimentación descentrada, aproximadamente a 1/3 de un extremo y 2/3 del otro. Esto ofrece una impedancia de 200 Ω en la frecuencia para la cual el dipolo mide media longitud de onda y en sus armónicos pares. Así pues, con una rama de unos 7 metros y otra de 13, tenemos una antena que es apta para las bandas de 10, 20 y 40 metros sin necesidad de trampas. Lógicamente es necesario alimentarla con un balun de relación 1:4.

La longitud que deben tener las ramas del dipolo para que resuene en el centro de las bandas de interés depende de factores como la altura del punto de alimentación y de los extremos y el material del entorno. Es recomendable empezar con ramas algo mayores de los valores teóricos, medir y, si es necesario, recortar. En mi caso dejé las ramas con 7,1 y 12,64 metros de longitud aunque resuena un poco por encima de las frecuencias ideales: en 7,3 MHz, 14,3 MHz y 29,3 MHz. Las franjas amarillas verticales marcan las bandas de aficionados. Aunque las resonancias están un poco descentradas, las bandas de 20 y 40m quedan dentro de la zona con ROE inferior a 1:1,7. En la parte baja de 10m sí supera un poco la ROE de 2.

Un adecuado diseño de balun que, además de balancear la línea de transmisión, transforme la impedancia en relación 1 a 4, es el llamado “guanella”. Se construye con dos choques de modo común, cada uno bobinado alrededor de un toroide.

Un choque de modo común impone dos cosas: que la tensión diferencial es la misma en sus dos extremos y que las corrientes por cada hilo son iguales en módulo y de sentidos opuestos. Para otros modos de transmisión, y especialmente para el caso de que las corrientes no sean iguales, opone una gran oposición, que es precisamente su impedancia en modo común. Con esas dos premisas, el circuito de abajo sólo puede resolverse de manera que la relación tensión / corriente a la entrada se traduce en tensiones balanceadas a la salida y en una impedancia cuatro veces mayor.

Aquí hay una explicación más exhaustiva de su funcionamiento: 4:1 balun design and operation

Los choques del balun están hechos con línea bifilar devanada sobre un toroide de tipo T140-43. Para asegurar mejor la correcta adaptación conviene que esa parte de la línea tenga la misma impedancia característica que la señal que pretende transmitir: vemos que cada choque tiene una tensión diferencial V y una corriente I/2, por lo que, si V/I=50 Ω, el cable paralelo deberá tener una impedancia de 100 Ω. Empleé un cable corriente para uso en alimentación DC o en altavoces y resultó tener 103 Ω según el analizador MFJ259. Llegué a esa conclusión porque corté 1,8 m de cable y puse en su extremo una carga de 50 Ω, con el otro extremo conectado al analizador. Moviendo el dial encontré 212 Ω sin reactancia en 21,66 MHz. Eso significa que a esa frecuencia tenemos una línea de un cuarto de longitud de onda. El valor de la impedancia característica se despeja fácilmente según la ecuación:

Z0 = √ (212 · 50) = 103 Ω

y

factor de velocidad 1.8 / 3·10^8 · 21.66·10^6 · 4 = 0,52

En cuanto al número de espiras necesario, el punto de partida es elegir la impedancia de modo común deseada a la mínima frecuencia. En mi caso escogí 1000 Ω y 3,5 MHz porque, aunque no pretendo usar la antena para transmitir por debajo de 40 metros, sí la quiero para escuchar. Por lo tanto deberá tener 45 μH de inductancia. Si empleamos un toroide de ferrita del tamaño 140 y material 43, su inductancia se calcula como 952 uH · (num. vueltas)^2 por lo que con 7 vueltas tenemos la inductancia deseada. Se pueden utilizar calculadoras online como ésta. Recordemos que el número de espiras es el número de veces que el cable atraviesa el interior del toroide.

Ésta es la construcción física del balun: