Antena de Cuadro

Las antenas de cuadro son casi tan antiguas como la radio misma. Verlas hoy nos produce un nostálgico y romántico recuerdo. La aparición de la antena de Ferrite hace más de cuatro décadas las relegó el arcón de los recuerdos.
Hace poco tiempo, hallé en la Internet un artículo de Kenneth H. Patterson que mencionaba el empleo de estas antenas en sistemas militares, destacando numerosas bondades que despertaron mi curiosidad (la mayoría del material publicado, está en inglés).
Las sorpresas fueron interesantes y me indujeron a escribir en castellano lo aprendido sobre ellas. No he realizado experiencias personales y este trabajo solamente consiste en material para discusión, análisis y experimentación de los aficionados de habla hispana que puedan estar interesados.

Una antena de cuadro o "loop" básicamente está constituida por una o más espiras conductoras  formando un cuadrado, hexágono, octógono o círculo, con dimensiones físicas que pueden variar desde pequeñas (en HF) de 30 o 40 cm de diámetro, hasta las mayores de varios metros según la frecuencia y el rendimiento esperado. La inductancia de la o las espiras habitualmente se sintoniza con un capacitor variable y se acopla a la línea de trasmisión mediante un eslabón (como se muestra en la figura) o con acoplamiento capacitivo.

No tiene mayor sentido comparar o discutir antenas sin esta salvedad fundamental. Muchos coincidirán en que una antena Yagi con un botalón de tres longitudes de onda y catorce elementos es una muy buena antena, pero para llevar con el handie en la cintura me resulta más confortable la "colita de chancho".
La antena de cuadro o "Magnetic loop" es una antena que presumiblemente se destacará sobre sus hermanas cuando se presenten las siguientes condiciones:

• No se puede emplazar un dipolo de 1/2 l a una altura mínima adecuada (más de 0,15 l).
• No haya espacio suficiente o puntos fijos donde afirmar los extremos de un dipolo de 1/2 onda.
• No haya espacio suficiente para instalar el sistema de radiales de una vertical de cuarto de onda o ligeramente acortada mediante bobinas de carga o cargas "lineales".
• No puede aceptarse la baja irradiación hacia los ángulos elevados propia de una vertical y que favorecen los comunicados locales vía refracción en la ionosfera (cuando están montadas a nivel del suelo).
• Cuando la portabilidad y rápida instalación es una característica deseable.
• Cuando en las anteriores condiciones resulte necesaria una antena de "banda corrida" fácilmente ajustable (no confundir con "banda ancha")

Esto indica que sería una antena competitiva cuando haya restricción de espacio y/o altura. Podría ser quizás la mejor opción para quien desee operar en bandas bajas en sus salidas de camping.
La antena es útil sobre todo en las frecuencias más bajas de HF pues en las más altas es fácil cumplir con los requisitos necesarios para un doblete o vertical convencional. Podría ser la solución para un viajante que deseara operar su estación desde la habitación del hotel en las bandas más altas ya que puede emplazarse fácilmente dentro del cuarto o sobre una ventana o balcón.
Su altísimo Q la hace una excelente antena en presencia de señales intensas en las cercanías tanto en frecuencia como en geografía, contribuyendo eficazmente a eliminar problemas de modulación cruzada. Especialmente interesante para emplear con receptores de conversión directa.
Desventajas
El principal inconveniente de la antena loop radica en su reducidísimo ancha de banda operativo por lo que requiere resintonía de su capacitor de ajuste cuando se cambia la frecuencia; probablemente convenga algún sistema motorizado para moverlo si se monta alejada del trasmisor. Si es posible resintonizarla rápidamente esta desventaja deja de ser importante (lo mismo sucede al tener que rotar una direccional) y la sintonía continua a lo largo de un amplio espectro pasa a ser una gran ventaja.
Es una antena poco dispuesta a aceptar potencias importantes pues su altísimo Q hace necesario que el capacitor de sintonía sea de una aislación excepcionalmente alta. 100 watts ya representan un pequeño desafío...
No puede construirse descuidadamente. Es importante que su construcción mecánica sea muy prolija desde el punto de vista eléctrico, de lo contrario el rendimiento puede bajar a valores inaceptables.

La resistencia de radiación de un loop puede conocerse mediante:

Donde:

• N = Número de espiras del loop.
• D = Diámetro del loop en las mismas unidades que l.

Si imaginamos un cuadro de 1 espira de 1 m de diámetro para una frecuencia de 7 MHz (l = 42,85 m), la ecuación nos da:
R_R = 0,0057 ohms
Realmente esta una resistencia de radiación muy baja para los valores a que estamos acostumbrados. Entonces, para que el rendimiento de esta antena sea adecuado, su resistencia de pérdidas ha de ser necesariamente muy baja también...
Para conocer las pérdidas resistivas del cuadro habrá que considerar el efecto pelicular pues la resistencia en RF del conductor es bastante mayor que la resistencia en corriente continua. La fórmula que permite calcularla es:

• R_CA = Resistencia en corriente alterna.
• r = Resistividad del conductor (Cobre = 1,7 x 10^-8 ohm-m).
• m = permeabilidad del conductor (cobre = 4 x p x 10^-7).
• w = Pulsación = 2 x p x f (f en Hz).
• l = longitud del conductor en metros.
• d = diámetro del conductor en metros.

Una vez conocida la resistencia en corriente alterna de nuestro loop la consideraremos nuestra resistencia de pérdidas principal. Podríamos considerar algo de resistencia de pérdidas por proximidad a tierra, pero son de poca importancia y con un capacitor de sintonía tipo mariposa con dieléctrico de aire también serán poco importantes las del capacitor. La eficiencia de la antena se calcula del modo tradicional a saber:

   R_R x 100
Ef =  -----------          (ec-3) donde:
         R_R + R_P

• Ef = Eficiencia expresada en porcentaje.
• R_R = Resistencia de radiación calculada con la ec-1.
• R_P = Resistencia de pérdidas totales, en nuestro caso la de radiación más las resistivas calculadas con la ec-2.