He cambiado de antena, una Hexbeam por otra igual. Como antena, me ha proporcionado muchas satisfacciones, pero en cinco años requería una revisión. Por esto he considerado sustituir la antena que compré a SP7IDX por otra fabricada en España por Israel, EB5AO.
En este trabajo describo las características físicas y técnicas de la antena, aportando datos para la confección de la memoria técnica que requiere Teleco para la aprobación de la instalación.
La versión actual de la antena Hexbeam fue descrita por Steve Hunt G3TXQ en el número 128 de la revista AntenneX , de diciembre de 2007 «A Broadband Antenna». Es una modificación del diseño original de Mike Traffie, N1HXA en 1996. Se asemeja a una antena Yagi-Uda de dos elementos. Consta de un dipolo plegado en forma W y un reflector; no tiene el tercer elemento director. En estos últimos años, la antena Hexbeam se ha consolidado como una excelente opción para instalaciones fijas, en especial, en lugares donde se dispone de poco espacio. El comportamiento radioeléctrico es muy eficiente en relación al tamaño y al peso.
| Banda | Ganancia (DBd)* | Relación Delante/Atrás (DBd)* |
| 6m | 3,8 | 22 |
| 10m | 3,2 | 19 |
| 12m | 3,5 | 16 |
| 15m | 3,6 | 13 |
| 17m | 3,6 | 16 |
| 20m | 2,7 | 11 |
Características físicas
- Radio de giro = 3,25m
- Altura = 1,59m
- Mástil central = 1,10m
- Mástil bajo plato = 0,49m
- Peso = 10,8 kg
Para la memoria de la instalación de una antena, el primer paso es calcular la superficie de oposición al viento de todos los elementos.
CÁLCULO DE LA CARGA AL VIENTO
Postes de soporte. –
Cada uno de los seis postes telescópicos que soportan los cables de la antena, se compone de tres tubos de fibra de vidrio con una capa de protección de los rayos UVA reforzados con tubo de aluminio en las inserciones. La superficie de oposición al viento de un cilindro se calcula con la fórmula, l*d*k*n, donde,
- l = longitud
- d=diámetro
- k=coeficiente aerodinámico (0,7)
- n=número de elementos
| Elemento | Longitud (m) | Diámetro (m) | Superficie (m²) |
| Tramo #1 (6) | 1,37 | 0,025 | 0,144 |
| Tramo #2 (6) | 1,30 | 0,020 | 0,109 |
| Tramo #3 (6) | 0,88 | 0,012 | 0,053 |
| Total | 3,57 | 0,306 |
Mástil central. –
Se compone de un tubo de aluminio, 6060 de una sola pieza, que conecta perpendicularmente los dos elementos del dipolo excitado a la línea de transmisión coaxial mediante un conector hembra SO-239. A la vez, soporta los seis brazos espaciadores de fibra de vidrio que componen la estructura hexagonal sobre los que se instalan los elementos radiantes de la antena. La estructura rígida tiene una impedancia de 50 ohmios.
La superficie de oposición al viento se calcula con la siguiente fórmula,
l*d*k = 1,59*0,035*0,7 = 0,039m²
Plato de soporte. –
Una pieza de aluminio 6060 mecanizado. Se inserta en el mástil central por medio de una abrazadera de acero inyectado. Soporta el anclaje de los postes de fibra de vidrio mediante 12 abrazaderas de polipropileno sujetas con tornillos M6 de acero inoxidable y tuercas autoblocantes.
La superficie de oposición al viento es equivalente a un rectángulo de 0,3m x 0,04m = 0,012m²
Cuerdas. –
Las cuerdas de 4mm Ø de Spectra (2mm) recubiertas de nylon, tensan los brazos espaciadores y mantienen la separación entre ellos para formar la estructura hexagonal, en total, tienen una longitud de 39m (12*3,25) con una superficie de oposición al viento de 39 x 0,004 = 0,156m²
Cables. –
Los cables, de un diámetro de 1,5mm y 2,5mm (diámetro medio 2mm), llevan forro anti UVA y antihumedad. El dipolo y el reflector, unidos por un segmento de cuerda aislante, abrazan el perímetro de la estructura hexagonal a diferentes alturas. En total, suman 46,05m x 0,002 = 0,092m²
| Elemento | Superficie de oposición al viento (m²) |
| Postes | 0,306 |
| Mástil central | 0,039 |
| Plato | 0,012 |
| Cuerdas | 0,156 |
| Cables | 0,092 |
| Total | 0,605 |
Carga al viento. –
La fuerza que ejerce el viento sobre la superficie de la antena, es una parte importante y compleja del cálculo de la resistencia de la estructura. Para calcular la fuerza que ejerce sobre la superficie de oposición de una antena, es necesario tener en cuenta la altura donde será instalada. La velocidad del viento que se define para alturas ≤ a 20 m debe ser de 120 km/h, y 150 km/h para alturas superiores.
Fuerza del viento. –
La fórmula empleada para calcular la fuerza del viento es F = V²/16, donde,
- V = velocidad del viento en m/s
- A 150 K/h = 41,67 m/s, F = 108,51 kg/m²
- A 120 K/h = 33,33 m/s, F = 69,44 kg/m²
Carga del viento (Qv). –
Qv es la reacción de la antena ante el viento que se calcula por la fuerza del viento y la superficie de oposición al viento. 1 Kgf = 9,80665 Newton
- A 150 k/h, 108,51 Kg/m² x 0,605 m² = 65,65 Kgf = 643,80 N
- A 120 k/h, 69,44 Kg/m² x 0,605 m² = 42,01 Kgf = 411,98 N
CÁLCULO DE LA RESISTENCIA DEL MÁSTIL
Momento flector. –
Simplificando la expresión “momento flector” podemos decir que, cuando el viento ejerce su fuerza sobre una instalación, se crea un empuje a lo largo del soporte, en este caso, el mástil. A este empuje, que se puede cuantificar, se llama momento flector y depende de la carga del viento (Qv) y la altura o vano del mástil.
Las propiedades mecánicas del aluminio 6060 a temperatura ambiente para tubos extruidos son:
| Estado | Límite elástico (N/mm²) | Tensión de rotura (N/mm²) |
| T6 | ≥150 | ≥190 |
Para el cálculo de resistencia utilizaremos el límite elástico que al aplicar un índice de seguridad de 0,8 resulta = 120 N/mm²
La sección de un tubo de 35mm Ø exterior y 31mm Ø interior es de, π(35/2)² – π(31/2)² = 207,35mm²
El límite elástico es de, 120 x 207,35 = 24.882 N
La altura de la estructura hexagonal de la antena es de 1,10 por lo que el punto de la fuerza del viento podemos situarlo en la mitad, a 0,55 m, con lo que el vano hasta extremo inferior del más es de 1,04 m.
- Con viento a 150 K/h, M = 643,80 x 1,04 = 669,55 N
- Con viento a 120 K/h, M=411,98 x 1,04 = 428,46 N
El mástil de la antena soporta 31 veces el momento flector en la base de la antena con vientos de 150K/h.
COMPORTAMIENTO RADIOELÉCTRICO
He instalado una antena de seis bandas fabricada por Eaxbeam. La instalación se ha realizado sobre un mástil de aluminio telescópico arriostrado de cuatro metros de altura en el tejado de un edificio comunitario de nueve alturas. La longitud de la línea de alimentación es de, aproximadamente, 28 metros de cable coaxial Ultraflex de 7mm.
Las medidas las he realizado con una VNA nanoVNA y el cálculo con la hoja Excel Zplots.
La ROE es inferior a 1:1.5 en todo el segmento de cada banda.
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