EA2AAJ: noviembre 2011

LA ANTENA MULTIBANDA G5RV, ACTUALIZADA
Por su Autor: Louis Varney*, G5RV

# Adaptado del articulo del mismo titulo en Radio Communication, July 1984, pp. 572-575.
Traducido por: Mario Berrocal Aguero, TI2MAB.

La antena G5RV, con su sistema de alimentación especial, es una antena multibanda alimentada al centro con capacidad de operación eficiente en todas las bandas de HF, desde 3.5 a 28 MHz. Sus dimensiones son específicamente diseñadas para ser instaladas en areas de espacio limitado, con lo cual puede acomodarse, razonablemente, en línea recta con sus 102 pies (31.08 mts.) horizontales.

Como la radiación completa de una antena horizontal o V invertida tiene lugar desde el centro, a las dos terceras partes de su longitud total, en cada extremo de la misma, se puede hacer que sus puntas queden en caída vertical, semivertical o curva, en un ángulo conveniente hacia el cuerpo principal de la antena, sin una perdida significativa de la eficiencia de la radiación.

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Para la instalación en áreas muy limitadas de espacio, las dimensiones de ambos "brazos" y de la sección acopladora de la antena, pueden dividirse entre un factor de 2 para formar una G5RV de media onda, la cual seria una antena eficiente desde 7 hasta 28 MHz.

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El tamaño completo de la antena G5RV funcionara también en la banda de 1.8 Mhz. si el extremo final de la sección adaptadora es unida a la estación transmisora, mediante una línea balanceada o trozo de coaxial y una red de acoplamiento (antena Tuner o transmatch), además de una buena conexión a tierra o un cable tipo contrapeso (counterpoise),similarmente, la versión de media onda de esta antena, puede ser usada en las bandas de 3.5 y 1.8 MHz.

En distinción de las antenas multibandas en general, la G5RV, versión completa, no fue diseñada como una dipolo de media onda en su frecuencia menor de operación, sino que fue diseñada como un hilo largo de 3 medias longitudes de onda, alimentado al centro en 14 MHz., donde una sección acopladora de 34 pies (10.36 mts.) de línea abierta, funciona como un transformador de impedancias de 1:1.

Esta sección conectada a una línea paralela de 75 Ohms, o a coaxial de 50 u 75 Ohms, observara una impedancia cercana al acople en esa banda con una consecuente baja ROE en el alimentador.

Sin embargo en todas las otras bandas de HF, la función de esta sección es actuar como una sección de maquillaje para acomodar las ondas estacionarias (componentes de la corriente y voltaje) las cuales, en ciertas frecuencias de operación, no pueden ser acomodadas completamente en la porción radiante de los "brazos" horizontales (o V invertida).

La frecuencia central de diseño, de la versión completa de la G5RV, es 14.150 MHz. y la dimensión de 102 pies (31.08 mts.) son derivados de la formula para antenas "Hilos largos" (Long Wires):

492(n - 0.05) 492 x 2.95

Long en ft = ------------------------- = ---------------------- = 102.57 ft (31.27 m)

f (Mhz) 14.15 f (Mhz) 14.15

Donde: n = es el numero de medias longitudes de onda del cable (parte horizontal). El sistema completo, deberá ser llevado a resonancia mediante el uso de una sección acopladora. En la practica, la antena es cortada a 102 pies (31.08mts.).

Como la antena no hace uso de trampas o aros de ferrita, la porción del dipolo viene a ser progresivamente de una mayor longitud eléctrica con el incremento de la frecuencia. Este efecto confiere ciertas ventajas sobre una trampa o sobre dipolos cargadas con aros de ferrita porque, con el incremento de la longitud eléctrica, el lóbulo principal del componente vertical del diagrama polar, tiende a ser bajado cuando la frecuencia de operación es incrementada. Entonces, desde 14 MHz. hacia arriba la mayoría de la energía radiada en el plano vertical esta en los ángulos convenientes para los trabajos de DX. Además el diagrama polar cambia con el incremento de la frecuencia, desde un típico patrón de un dipolo de 1/2 longitud de onda en 3.5 MHz., a un patrón de dos 1/2 longitudes de onda enfazadas en 7 y 10 MHz. y así hasta una antena tipo "Hilo largo" en 14,18,21,24 y 28 MHz.

También el acople de la impedancia con línea paralela de 75 Ohms o cable coaxial de 75 Ohms, en la base de la sección de acople (línea abierta), es buena en 14 MHz. y aun, el uso de cable coaxial de 50 Ohms, resulta en alrededor de 1.8:1 en la relación de ondas estacionarias, en esta banda y el uso conveniente del correcto tipo de una red de acople (antenna tuner o transmatch), es necesario en todas las otras bandas de HF (pero no se habla del uso de un Balun, como lo piensan algunos). Esto es así porque la antena mas la sección de acople de la misma (línea abierta), presentaran una carga reactiva al alimentador en esas bandas.

Asi, el uso del correcto tipo de red de acople, es esencial en el orden de asegurar un máximo de transferencia de energía a la antena, desde un típico transmisor, teniendo un coaxial de 50 Ohms (línea desbalanceada) en la salida. Esto significa una entrada desbalanceada a una salida balanceada, si el alimentador de línea paralela es usado , o, de una desbalanceada a desbalanceada si el alimentador usado es un coaxial.

Una red de acople también es empleada, para satisfacer las condiciones de cargas convincentes, demandadas por tales equipos modernos que tienen un sistema de control de nivel automático. El sistema siente las condiciones de la ROE presentes, en la salida del transmisor de estado sólido y así, protegerlo de un daño, el cual podría ser causado por una carga reactiva, teniendo una ROE de mas de 2.1:1.

El razonamiento anterior no se aplica al uso de la versión completa de la antena G5RV, en 1.8 MHz. o a la versión de uso de media onda en 3.5 y 1.8 MHz. En estos casos, el terminal del conductor alimentador de la antena que va a la estación deberá ser sujetado y el sistema sintonizado a resonancia, por una serie convenientemente conectada a un circuito de inductancia y capacitancía, que se conecta también a una buena tierra, o a un cable de contrapeso (counterpoise).

Alternativamente, una red de acople de tipo desbalanceado a desbalanceado, tal como un circuito de acople en T o L, puede ser utilizado. Bajo estas condiciones la porción de los "brazos" de una antena horizontal (o V invertida), mas la sección de acople y el alimentador, funcionan como una antena Marconi o antena T, con la mayor radiación efectiva teniendo lugar desde la porción vertical o desde cerca de la porción vertical del sistema; la horizontal actúa como un elemento de carga capacitiva superior. Sin embargo, con el sistema alimentado como se describió arriba, una radiación muy efectiva es obtenida en estas dos bandas, aun cuando la horizontal esta mas baja, algo así como a 25 pies (7.62 mts.) sobre la tierra.

TEORIA DE LA OPERACION:

La teoría general de operación ha sido explicada arriba.

La teoría de operación detallada en cada banda, desde 3.5 hasta 28 MHz. continua.

La relevancia teórica del plano horizontal del diagrama polar para cada banda puede ser hallado en cualquier manual especializado de antenas. Sin embargo debe de tenerse en mente lo siguiente:

a- el diagrama polar se muestra generalmente, en dos formas dimensiónales que son, de hecho, figuras tridimensionales (sólidas) alrededor del plano de la antena; y

b- toda la teoría de los diagramas polares ha sido modificada por los efectos de la reflexión y la absorción de objetos conductores cercanos, tales como cercas de alambres, casas de metal, sistemas de cableado eléctrico y aun árboles altos. También la conductividad local de la tierra materialmente afectara el patrón de radiación polar actualmente producido por una antena.

Los diagramas polares teóricos están basados en la asumpcion de que una antena esta apoyada, en espacio libre y sobre de una tierra perfectamente conductora. Tales condiciones son, obviamente, imposibles de alcanzar en el caso de instalaciones típicas de aficionados. Lo que esto significa en la practica es que el lector no deberá sorprenderse si una antena particular, de una instalación típica de aficionado produce contactos donde una nulidad es indicada en el diagrama polar teórico y talvez una radiación no tan efectiva en las direcciones de los lóbulos principales, como debería indicarse teóricamente.

EN LA BANDA DE 3.5 MHz.:

En esta banda cada mitad horizontal mas los 17 pies (5.18 mts.) de cada pierna de la sección acopladora, forman un dipolo plegado de media longitud de onda, levemente horizontal.

El remanente de la sección acopladora actúa como una indeseable, pero inevitable, reactancia entre el centro eléctrico de la dipolo y la red acopladora del alimentador.

El diagrama polar es, efectivamente, como el de una antena dipolo de media longitud de onda.

EN LA BANDA DE 7 MHz.:

En esta banda la forma horizontal, mas los 16 pies (4.87 mts.) de la sección acopladora, funcionan como un dipolo parcialmente plegado de 2 medias longitudes de onda en fase, haciendo que la antena produzca un diagrama polar con el lóbulo del patrón de una antena dipolo de media onda, debido a sus características colineáles. Otra vez el acoplamiento con línea paralela de 75 Ohms o coaxial de 50 u 80 Ohms, como alimentador conectado a la base de la sección acopladora (línea abierta), es degradado por una indeseable reactancia que se presenta en la mitad inferior de la sección de acople (línea abierta), pero, despreciándosele mediante el uso de una adecuada red de acople de impedancias (antennatuner o transmatch) el sistema carga bien e irradia muy efectivamente en esta banda.

EN LA BANDA DE 10 MHz.:

En esta banda, la antena funciona como una colineal de 2 medias longitudes de onda en fase, produciendo un diagrama polar prácticamente similar al del comportamiento de la banda de 7 MHz. Una carga reactiva se presenta al alimentador en la base de la sección acopladora (línea abierta), pero al igual que en 7 MHz., el desempeño es muy efectivo.

EN LA BANDA DE 14 MHz.:

En esta frecuencia, las condiciones son ideales. La forma horizontal de la antena, con 3 medias longitudes de onda y alimentación al centro, producen un diagrama polar de un multilobulo de irradiación en donde la mayoría de su potencia radiada, se presenta en el plano vertical, en un ángulo de alrededor de 14 grados, haciéndola efectiva en el trabajo de DX.

Como la resistencia de radiación al centro de un hilo largo de 3 medias longitudes de onda y soportadas a una altura de 1/2 longitud de onda sobre la tierra de un promedio de conductividad de alrededor de 90 Ohms, la sección de acoplamiento funciona ahora como un transformador de impedancias de 1:1. Un alimentador de cualquier tipo de impedancia característica entre 75 y 80 Ohms, verán una carga no reactiva (resistiva) de alrededor de este valor en la base de la sección de acople (línea abierta), así que la ROE, en el punto de alimentación, será de una relación 1:1.

Aun en el caso de usar, como alimentador, un coaxial de 50 Ohms, resultara en una ROE de solo 1.8:1. Esto asumiendo aquí, que los 34 pies (10.36 mts.) es un promedio de altura para las antenas en las instalaciones de aficionados.

EN LA BANDA DE 18 MHz.:

En esta banda la antena funciona como una antena de 2 longitudes completas de onda alimentada en fase; esto combina la ganancia de salida de un conjunto de 2 elementos colineáles con un ángulo zenital bajo de radiación con el de un dipolo de 1/2 longitud de onda, debido a las características de un "Hilo largo".

EN LA BANDA DE 21 MHz.:

En esta banda la antena trabaja como un "Hilo largo" de 5 medias longitudes de onda, produciendo un diagrama polar con un multilobulo, con un ángulo zenital efectivamente bajo de radiación. Además una carga de alta resistividad se presenta al alimentador en la base de la sección acopladora (línea abierta) y el sistema carga bien cuando es usado en conjunto con una red de acople adecuada, radiando en forma efectiva para el trabajo en contactos de DX.

EN LA BANDA DE 24 MHz.:

Aquí también como en la explicación anterior, otra vez la antena funciona como un "Hilo largo" de 5 medias longitudes de onda, pero con la desviación en las posiciones de los antinodos de las corrientes en la forma horizontales y la sección acopladora (línea abierta). La sección acopladora presenta ahora una condición de carga resistiva mas baja al alimentador conectado a su extremo mas bajo que la que hace en 21 MHz. Otra vez el diagrama polar presenta un multilobulo con un ángulo zenital bajo de radiación.

EN LA BANDA DE 28 MHz.:

En esta banda la antena funciona como dos antenas del tipo "Hilo largo", cada una de 3 medias longitudes de onda alimentadas en fase. El diagrama polar, es similar al del "Hilo largo", pero aun con mas ganancia sobre un dipolo de media longitud de onda, debido al efecto colineal obtenido por la alimentación de 2 antenas de 3 medias longitudes de onda en línea y con una proximidad cercana en fase.

CONSTRUCCION DE LA ANTENA:

Las dimensiones de la antena se obtendrán mediante la formula como se indico anteriormente. Si es posible, el mejor uso de esta antena se obtiene en su ubicación horizontal y en línea recta, siendo erigida tan alto como sea posible sobre la tierra.

En la descripción de la teoría de operación, se ha asumido que es posible erigir la antena a una altura promedio de alrededor de 34 pies (10.36 mts.), lo que haría que sea una altura optima para el funcionamiento en 14 MHz. En cuanto a las bandas de 1.8, 3.5 y 7 MHz. esta altura será muy baja para cualquier antena horizontal, lo que haría que no se de una muy buena eficiencia en el rendimiento de la misma. En la practica, muy pocos radioaficionados pueden instalar mástiles a la altura optima, de media longitud de onda en la banda de 3.5 o 7 MHz. y definitivamente no, en la 1.8 MHz.

Si no es posible acomodar una antena de 102 pies (31.08 mts.) en forma horizontal y en línea recta, por razones de limitación de espacio, a una elevación de 10 pies (3.04 mts.) en cada extremo del cable se puede permitir dejarse colgar en posición vertical y en un ángulo conveniente, o dejarse curvos en un plano horizontal, con un resultado prácticamente sin efecto en el desempeño de la misma.

Esto se debe a que en cualquier antena dipolo resonante, la mayor radiación efectiva, toma lugar desde el centro de la misma hacia las dos terceras partes de su longitud, donde los antinodos de la corriente están situados. Cerca de cada extremo de tal antena, la amplitud de las corrientes de ondas estacionarias caen rápidamente a cero en la parte exterior de las extremidades de la antena. Consecuentemente, la radiación efectiva de estas partes de la antena es mínima.

La antena puede también ser usada, en forma de una "V" invertida.

Sin embargo, se deberá recordar que en tal configuración, para lograr una radiación efectiva, el ángulo incluido en su vértice, deberá ser no menor de 120 grados.

El uso de alambre 14 AWG de cobre esmaltado, es el recomendado para la sección horizontal, pero también se pueden usar medidas mas delgadas, tales como 16 o 18 AWG (en lo particular, yo use el numero 16 y funciona bastante bien, TI2MAB).

LA SECCION ACOPLADORA:

Esta deberá ser, preferiblemente, de línea abierta para una mínima perdida. Como esta sección lleva siempre una corriente de onda estacionaria (y voltaje), su impedancia es insignificante.

Una típica y satisfactoria forma de construcción es hacer los separadores de ambas líneas, en plástico acrílico o si no se puede, en PVC.(Separación entre Líneas = 5 cm)

Si usted decide usar línea de 300 Ohms, como alimentador para esta sección, es preferible que sea del tipo "escalerilla", ya que es extremadamente importante tener en cuenta, si se usa cinta sólida, que con el polvo, agua y nieve, la sección acopladora se desintonizara fácilmente.

Para construir esta sección, deberá tenerse en cuenta el factor de velocidad del cable usado (VF), ya que para la confección de dicha sección la longitud de onda eléctrica es algo mas pequeña que la longitud física.

Así, si se calcula una media longitud de onda para 14.15 MHz con línea de 300 Ohms, tipo "escalerilla", el factor de velocidad seria de 0.90, lo que nos daría una longitud de 31 pies (9.51 mts.).

Esta sección, deberá colgar verticalmente, desde el centro de la antena por al menos unos 20 pies (6.09 mts.), o mas si es posible. Luego se puede curvar y atar a un poste con una cuerda de nylon, aquí se conecta el cable alimentador, coaxial RG 8, RG 58 o RG 213 (yo use el RG 59 y con este me resulto muchísimo mas fácil que resuene la antena en todas las bandas, con excepción de la de 1.8 MHz. ya que nunca lo intente, con mi acoplador de antenas [antenna tuner o transmatch], dice TI2MAB).

EL ALIMENTADOR:

La antena puede ser alimentada por cualquier tipo conveniente de alimentador y siempre que este disponible una red de acople (antenna tuner o transmatch).

En el articulo original publicado en el Boletín de la RSGB de noviembre de 1966, se sugirió que si un cable coaxial era utilizado como alimentador, debería emplearse un Balun para la transformación de impedancia necesaria en la base de la sección acopladora, esto se sugirió porque la sección acopladora era un sistema balanceado y el cable alimentador coaxial era desbalanceado, costumbre que hoy día prevalece entre los radioaficionados debido a su desconocimiento. Pero con experimentos posteriores y con un mejor entendimiento de la teoría de operación del Balun indicado, se estableció que tal dispositivo no era adecuado, debido a la alta carga reactiva presentada en la base de la sección acopladora en todas las bandas.

Si un Balun es conectado a una carga reactiva, con una ROE(SWR) de mas de 2:1, su perdida interna se incrementara. El resultado será recalentamiento de los cables y saturación en su centro.

En casos extremos, con relativa alta potencia de operación, el calor generado en el dispositivo puede causar que este se queme.

La razón principal de que no se use un Balun en la antena G5RV, es que es una red de acople diferente, la cual emplea un circuito sintonizado y el Balun no puede compensar la condición presentada por el, de carga reactiva en la mayoría de las bandas, donde si puede hacerlo una red de acople adecuada (antenna tuner o transmatch) rindiendo efectiva y eficientemente.

Experimentos que fueron conducidos para determinar la importancia, o dicho de otra forma, los efectos de desbalance causados por la conexión directa de una cable coaxial como alimentador, a la base de la sección acopladora de la antena G5RV, fueron de resultados sorprendentes. La investigación mostró que, las corrientes medidas en HF, en la unión del conductor interno del cable coaxial a uno de los lados de la sección de acople (balanceada) y la unión del conductor externo del cable coaxial (malla) al otro lado de esta sección, fueron virtualmente idénticas en todas las bandas, arriba de 28 MHz. se observo una ligera pero inconsecuente diferencia en estas corrientes.

Así que, no hay por que proveer un dispositivo de balance de impedancia a esta sección, cuando se usa un cable coaxial como alimentador.

El uso de una red de acople del tipo desbalanceado a desbalanceado, entre la salida del coaxial de un transmisor moderno (o transceptor) y el alimentador coaxial es esencial.

Esto se debe a la condición reactiva presentada al extremo que va a la estación de este alimentador, el cual en todas, pero especialmente en la banda de 14 MHz., tendrá una ROE (SWR) de medianamente alta a alta en ellas. La ROE, sin embargo, resultara en una insignificante perdida en un alimentador coaxial de buena calidad y de razonable longitud, digamos, arriba de 70 pies (21.33 mts.). También cable coaxial de 50 u 80 Ohms puede ser usado y debido a que habran ondas estacionarias en el cable, la impedancia característica en el, es insignificante.

Otro tipo de alimentador que puede ser empleado es la línea paralela de 75 Ohms. Esta exhibe una perdida relativamente alta en frecuencias sobre 7 MHz., especialmente cuando una ROE (SWR) alta este presente. Yo recomiendo usar no mas de 50 a 60 pies (15.24 a 18.28 mts.) de este tipo de línea entre la base de la sección acopladora (línea abierta) y la red de acople (antenna tuner o transmatch). La línea paralela de 75ohms disponible en el Reino Unido es del tipo receptor; línea de menor perdida y de tipo transmisor, se encuentra disponible en los Estados Unidos.

El mas efectivo sistema de alimentación es la línea del tipo abierto. Una longitud adecuada de tal línea, puede ser construida de la misma manera que se ha descrito para la sección acopladora de línea abierta. Si esta forma es empleada, casi cualquier longitud podra ser utilizada desde el centro de la antena, hasta la red de acople de impedancias (antenna tuner o transmatch). En este caso, la sección acopladora viene a ser parte integral del alimentador.

Una longitud conveniente de alimentador de tipo línea abierta es la de 84 pies (25.60 mts.), esto permite la sintonía paralela de un circuito de acople en todas las bandas, desde 3.5 a 28 MHz.

Choque de Cable Coaxial en HF:

Bajo ciertas condiciones las corrientes pueden fluir sobre el conductor externo del coaxial. Esto se debe al inherente efecto de desbalanceo a balanceo causado por la conexión directa de un alimentador coaxial a la base de la sección acopladora (balanceada), que recoge la energía radiada por la antena. Esta es una condición indeseable y puede incrementar las oportunidades de interferencia en la TV [desde una sobrecarga fundamental, si el alimentador es ubicado cerca de una antena receptora de TV, por ejemplo].

Este efecto puede ser reducido o eliminado por el bobinado del cable coaxial alimentador, haciendo una bobina de 8 a 10 vueltas de un diámetro de 6 pulgadas (15 cm.),inmediatamente abajo del punto de conexión del cable coaxial a la sección de acople (línea abierta), las vueltas pueden acomodarse juntas y sostenerse con cinta adhesiva o con cuerda de nylon.

Es importante que la unión del cable coaxial a la sección acopladora (línea abierta), sea hecha por cualquier método aceptable y a prueba de agua. Usándose para ello cualquier tipo de sustancia selladora, resina epoxica, silicón, barniz de poliuretano, o bien, utilizar algún tipo de caja que encierre dicha conexión, sin permitir que ingrese el agua.

REFERENCIAS:
Varney, L., "ATU o astu?", Radio Communication, August 1983.
Varney, L., "HF Antennas in Theory and Practice - A Philosophical
Aproach", Radio Communication, Sept. 1981.

G5RV Multi-Band Antenna by Louis Varney,
CEng, MIEE, AIL, G5RV
* taken from (RADIO COMMUNICATIONS, JULY 1984)
THE G5RV ANTENNA, with its special feeder arrangement, is a multiband centre-fed antenna capable of very efficient operation on all hf bands from 3.5 to 28mhz, specifically designed with dimensions which allow it to be installed in gardens which accommodate a reasonably-straight run of about 102ft (31.1m) for the "flat-top". However, because the most useful radiation from a horizontal or inverted-V resonant antenna takes place from the center two-thirds of its total length, up to one-sixth of this total length at each end of the antenna may be dropped vertically, semi-vertically, or bent at some convenient angle to the main body of the antenna without significant loss of effective radiation efficiency. For installation in a very limited space, the dimensions of both the "flat-top" and the matching section can be divided be a factor of two to make the half-size G5RV, which is a very efficient antenna from 7 to 28 mhz. The full-size G5RV will also function on 1.8mhz band if the station end of the feeder (either balanced or coaxial-type) is strapped and fed by a suitable antenna tuner using a good earth connection or a counterpoise wire. Similarly, the half-size version may be used thus on 3.5 and 1.8 mhz bands.
In contradistinction to multiband antennas in general, the full size G5RV antenna was not designed as a half-wave dipole on the lowest frequency of operation, but as a 1 1/2 wave centre-fed long-wire antenna on 14mhz, where the 34ft (10.36m) open-wire matching section functions as a 1:1 impedance transformer, enabling the 75ohm twinlead or 50/80ohm coaxial cable feeder to "see" a close impedance match on that band with a consequently low vswr on the feeder. However,on all the other hf bands the function of this section is to act as a " make-up" section to accommodate that part of the standing-wave (current and voltage components) which, on certain of the operating frequencies, cannot be completely accommodated on the "flat-top" (or inverted-V)radiation portion. The design centre frequency for the full-size version is 14,150khz, and the dimensions of 102ft (31.1m) is derived from the formula for long-wire antennas which is:

where n= number of half-wavelengths of the wire (flat-top).
In practice, since the whole system will be brought to resonance by the use of an antenna tuner, the antenna is cut to 102ft (31.1m).
As it does not make use of traps or ferrite beads, the "dipole" portion becomes progressively longer in electrical length with increasing frequency.
This effect confer certain advantages over a trap or ferrite-bead loaded dipole because, with increasing electrical length, the major lobes of the vertical component of the polar diagram tend to be lowered as the operating frequency is increased. Thus, from 14mhz up, most of the energy radiated in the vertical plane is at angles suitable for dx working. Furthermore, the polar diagram changes with increasing frequency from a typical half-wave dipole pattern at 3.5mhz and a 2 1/2 wave in-phase pattern at 7 and 10mhz to that of a "long-wire" antenna at 14, 18, 21, 24 and 28mhz.

Although the impedance match for 75 ohm twinlead or 80 ohm coaxial cable at the base of the matching-section is very good at 14mhz, and even the use of 50 ohm coax cable results in only about 1.8:1 vswr on this band, the use of a suitable antenna tuner is necessary on all the other hf bands because, on those bands, the antenna plus the matching-section will present a reactive load to the feeder. thus the use of the correct type of antenna tuner (unbalanced input to balanced output if twin-wire feeder is used, or unbalanced to unbalanced if coaxial feeder is used) is essential in order to ensure the maximum transfer of power to the antenna from a typical transceiver having a 50 ohm coaxial (unbalanced) output. Also to satisfy the stringent load conditions demanded by such modern equipment employing an alc system which "senses" the vswr condition presented to the solidstate transmitter output stage so as to protect it from damage which could be caused by a reactive load having a vswr of more than about 2:1.

The above reasoning does not apply to the use of the fullsize G5RV antenna on 1.8mhz, or to the use of the half-size version on 3.5 and 1.8mhz. In these cases the station end of the feeder conductors should be "strapped" and the system tuned to resonance by a suitable series-connected inductance and capacitance circuit connected to a good earth or counterpoise wire. Alternately, an "unbalanced-to-unbalanced" type of antenna tuner such as a "T" or "L" matching circuit can be used. Under these conditions the "flat-top" (or inverted-V) portion of the antenna plus the matching section and feeder function as a "Marconi" or "T" antenna, with most of the effective radiation taking place from the vertical, or near vertical, portion of the system; the "flat-top" acting as a top-capacitance loading element. However, with the system fed as described above, very effective radiation on these two bands is obtainable even when the "flat-top" is as low as 25ft (7.6m) above ground.
Theory of Operation
The general theory of operation has been explained above; the detailed theory of operation on each band from 3.5 to 28mhz follows, aided by figures showing the current standing wave conditions on the "flat-top" and the matching (or make-up) section. The relevant theorical horizontal plane polar diagrams for each band may be found in any specialized antenna handbooks. However, it must be borne in mind that: (a) the polar diagrams generally shown in two dimensional form are, in fact, three dimensional (ie solid) figures around the plane of the antenna; and (b) all theoretical polar diagrams are modified by reflection and absorption effects of near-by conducting objects such as wire fences, metal house guttering, overhead electric power and telephone wires, house electric wiring system, house plumbing systems, metal masts and guy wires, and large trees. Also the local earth conductivity will materially affect the actual polar radiation pattern produced by an antenna. Theoretical polar diagrams are based on the assumptions that an antenna is supported in "free space" above a perfectly conducting ground. Such conditions are obviously impossible of attainment in the case of typical amateur installations. What this means in practice is that the reader should not be surprised if any particular antenna in a typical amateur location produces contacts in directions where a null is indicated in the theoretical polar diagram and perhaps not such effective radiation in the directions of the major lobes as theory would indicate.

3.5Mhz. On this band each half of the "flat-top" plus about 17ft (5.18m) of each leg on the matching-section forms a fore-shortened or slightly folded up half-wave dipole. The remainder of the matching-section acts as an unwanted but unavoidable reactance between the electrical centre of the dipole and the feeder to the antenna tuner. The polar diagram is effectively that of a half-wave antenna. See figure 1.
7Mhz. The "flat-top" plus 16ft (4.87m) of the matching section now functions as a partially-folded-up "two half-wave in phase" antenna producing a polar diagram with a somewhat sharper lobe pattern than a half-wave dipole due to its colinear characteristics. Again, the matching to a 75 ohm twinlead or 50/80 ohm coaxial feeder at the base of the matching section is degraded somewhat by the unwanted reactance of the lower half of the matching section but, despite this, by using a suitable antenna tuner the system loads well and radiates very effectively on this band. See figure 2.
10Mhz. On this band the antenna functions as a two half-wave in-phase colinear array, producing a polar diagram virtually the same as on 7mhz. A reactive load is presented to the feeder at the base of the matching section but, as for 7mhz, the performance is very effective. See figure 3.
14Mhz. At this frequency the conditions are ideal. The "flat-top" forms a three-half-wave long centre-fed antenna which produces a multi-lobe polar diagram with most of its radiated energy in the vertical plane at an angle of about 14 degrees, which is very effective for dx working. Since the radiation resistance at the centre of a three-half-wave long-wire antenna supported at a height of half-wave above ground of average conductivity is about 90 ohm, and the 34ft (10.36m) matching section now functions as a 1:1 impedance transformer, a feeder of anything between 75 and 80 ohm characteristic impedance will "see" a non-reactive (ie resistive) load of about this value at the base of the matching section, so that the vswr on the feeder will be very nearly 1:1. Even the use of 50 ohm coaxial feeder will result in a vswr of only about 1.8:1. It is here assumed that 34ft (10.36m) is a reasonable average antenna height in amateur installations. See

18Mhz. The antenna functions as two full-wave antennas fed in phase; combining the broadside gain of a two-element colinear array with somewhat lower zenith angle radiation than a half-wave dipole due to its long-wire characteristic. See

21Mhz. On this band the antenna works as a "long-wire" of five half-waves, producing a multilobe polar diagram with very effective low zenith angle radiation. Although a high resistive load is presented to the feeder at the base of the make-up section, the system loads very well when used in conjunction with a suitable antenna tuner and radiates very effectively for dx contacts. See

24Mhz. The antenna again functions effectively as a five-half-wave "long-wire" but, because of the shift in the positions of the current anti-nodes on the flat-top and the matching section, as may be seen from

the matching or "make-up" section now presents a much lower resistive load condition to the feeder connected to its lower end than it does on 21mhz. Again, the polar diagram is multilobed with low zenith angle radiation.

28Mhz. On this band, the antenna functions as two "long-wire" antenna, each of three half-waves, fed in-phase. The polar diagram is similar to that of a three half-wave "long-wire" but with even more gain over a half-wave dipole due to the colinear effect obtained by feeding two three-half-wave antennas, in line and in close proximity, in-phase. See

Construction
The Antenna
The dimensions of the antenna and its matching section are shown in

. The "flat-top" should, if possible, be horizontal and run in a straight line, and should be erected as high as possible above ground. In describing the theory of operation, it has been assumed that it is generally possible to erect the antenna at an average height of about 34ft (10.36m), which happens to be the optimum radiation efficiency on 1.8, 3.5 and 7mhz for any horizontal type antenna, in practice few amateurs can install masts of the optimum height of half a wavelength at 3.5 or 7mhz, and certainly not at 1.8mhz.
If, due to limited space available, or to the shape of the garden, it is not possible to accommodate the 102ft (31.1m) top in a straight line, up to about 10ft (3m) of the antenna wire at each end may be allowed to hang vertically or at some convenient angle, or be bent in a horizontal plane, with little practical effect upon performance. This is because, for any resonant dipole antenna, most of the effective radiation takes place from the centre two-thirds of its length where the current antinodes are situated. Near to each end of such an antenna, the amplitude of the current standing wave falls rapidly to zero at the outer extremities; consequently, the effective radiation from these parts of the antenna is minimal.
The antenna may also be used in the form of an inverted-V. However, it should be borne in mind that, for such a configuration to radiate at maximum efficiency, the included angle at the apex of the V should not be less than about 120 degrees. The use of 14awg enameled copper wire is recommended for the flat-top or V, although thinner gauges such as 16 or even 18awg can be used.
The Matching Section
This should be, preferably, of open-wire feeder construction for minimum loss. Since this section always carries a standing-wave of current (and voltage) its actual impedance is unimportant. A typical, and very satisfactory, form of construction is shown in

The feeder spreaders may be made of any high-grade plastic strips or tubing; the clear plastic tubing sold for beer or wine siphoning is ideal.
If it is desired to use 300 ohm ribbon type feeder for this section, it is strongly recommended that the type with "windows" be used because of its much lower loss than that with solid insulation throughout its length, and its relative freedom from the "detuning" effect caused by rain or snow. If this type of feeder is used for the matching section, allowance must be made for its velocity factor (vf) in calculating the mechanical length required to resonate as a half-wave section electrically at 14.15mhz. Since the vf of standard 300 ohm ribbon feeder is .82, the mechanical length should be 28ft (8.5m). However, if 300 ohm ribbon with "windows" is used, its vf will be almost that of open-wire feeder, say .90, so its mechanical length should be 30.6ft (9.3m). This section should hang vertically from the centre of the antenna for at least 20ft (6.1m) or more if possible. It can then be bent and tied off to a suitable post with a length of nylon or terylene cord so as to be supported at above head-height to the point where, supported by a second post, its lower end is connected to the feeder.
The Feeder
The antenna can be fed by any convenient type of feeder provided always that a suitable type of antenna tuner is used. In the original article describing the G5RV antenna, published in the , then, RSGB bulletin November 1966, it was suggested that if coaxial cable feeder was used, a balun might be employed to provide the necessary unbalanced-to-balanced transformation at the base of the matching section. This was because the antenna and its matching section constitute a balanced system, whereas a coaxial cable is an unbalanced type of feeder. However, later experiments and a better understanding of the theory of operation of the balun indicated that such a device was unsuitable because of the highly reactive load it would "see" at the base of the matching or "make-up" section on most hf bands.
It is now known that if a balun is connected to a reactive load presenting a vswr of more than about 2:1, its internal losses increase, resulting in heating of the windings and saturation of its core (if used). In extreme cases, with relatively high power operation, the heat generated due to the power dissipated in the device can cause it to burn out. However, the main reason for not employing a balun in the case of the G5RV antenna is that, unlike un antenna tuner which employs a tuned circuit, the balun cannot compensate for the reactive load condition presented to it by the antenna on most of the hf bands, whereas a suitable type of antenna tuner can do this most effectively and efficiently.
Recent experiments by the author to determine the importance or otherwise of "unbalance" effects caused by the direct connection of a coaxial feeder to the base of the matching section had a rather surprising result. They proved that, in fact, the hf currents measured at the junction of the inner conductor or the coaxial cable with one side of the (balanced) matching section and at the junction of the outer coaxial conductor (the shield) with the other side of this section are virtually identical on all bands up to 28mhz, where a slight but inconsequential difference in these currents has been observed. There is, therefore, no need to provide an unbalanced-to-balanced device at this junction when using coaxial feeder.
However, the use of an unbalanced-to-unbalanced type of antenna tuner between the coaxial output of a modern transmitter (or transceiver) and the coaxial feeder is essential because of the reactive condition presented at the station end of this feeder which, on all but the 14mhz band, will have a fairly high to high vswr on it. This vswr, however, will result in insignificant losses on a good-quality coaxial feeder of reasonable length; say, up to about 70ft (21.3m). Because it will, inevitably, have standing waves on it, the actual characteristic impedance of the coaxial cable is unimportant, so that either 50 ohm or 80 ohm type can be used.
Another very convenient type of feeder that may be used is 75 ohm twinlead. However, because of the relatively high loss in this type of feeder at frequencies above about 7mhz, especially when it has a high vswr on it, it is recommended that not more than about 50 to 60ft (15.2 to 18.3m) of this type feeder be used between the base of the matching section and the antenna tuner. Unfortunately the 75 ohm twinlead in the UK is the receiver type; the much less lossy transmitter type is available in the USA. By far the most efficient feeder is the "open wire" type. A suitable length of such feeder can be constructed in exactly the same way as that described for the open-wire matching section. If this form of feeder is employed, almost any convenient length may be used from the centre of the antenna right to the antenna tuner (balanced) output terminals. In this case, of course, the matching section becomes an integral part of the feeder. A particularly convenient length of open-wire feeder is 84ft (25.6m), because such a length permits parallel tuning of the antenna tuner circuit on all bands from 3.5 to 28mhz with conveniently located coil taps in the antenna tuner coils for each band, or, where the alternative form of antenna tuner employing a three-gang 500pf/section variable coupling capacitor is used the optimum loading condition can be achieved for each band. However, this is not a rigid feeder length requirement and almost any length that is mechanically convenient may be used. Since this type of feeder will always carry a standing wave, its characteristic impedance is unimportant, and sharp bends, if necessary, may be used without detriment to its efficiency. It is only when this type of feeder is correctly terminated by a resistive load equal to its characteristic impedance that such bends must be avoided.
Coaxial cable hf choke
Under certain conditions, either due to the inherent "unbalanced-to-balanced" effect caused by the direct connection of a coaxial feeder to the base of the (balanced) matching section, or to pick-up of energy radiated by the antenna, a current may flow on the outside of the coaxial outer conductor. This effect may be considerably reduced, or eliminated, by winding the coaxial cable feeder into a coil of 8 to 10 turns about 6in in diameter immediately below the point of connection of the coaxial cable to the base of the matching section. the turns may be taped together or secured by nylon cord.
It is important, of course, that the junction of the coaxial cable to the matching section be made thoroughly water-proof by any of the accepted methods; binding with several layers of plastic insulating tape or self-amalgamating tape and then applying two or three coats of polyurethane varnish, or totally enclosing the end of the coaxial cable and the connections to the base of the matching section in a sealant such as epoxy resin.

Antenna Designer Louis Varney,
G5RV Dies at 89
from ARRL Members Only Web

NEWINGTON, CT, Jun 29, 2000 The Amateur Radio world is mourning the loss of R. Louis Varney, G5RV, who invented the world-famous G5RV antenna. Varney died Wednesday, June 28, at his home in West Sussex. He was 89 and had recently been reported in failing health.
The G5RV multiband wire antenna for HF--typically 102 feet on the flattop section--is among the most popular of all antenna designs. Varney first described the G5RV in the November 1966 issue of the RSGB Bulletin. While models fed with coaxial cable have proliferated, Varney's personal recommendation was to use a balanced feed line and a matching network for bands other than 20 meters. (The G5RV dipole is discussed in Chapter 7 of The ARRL Antenna Book.)
Varney remained an active radio amateur until very recently and kept regular on-the-air schedules. In announcing Varney's passing, the Radio Society of Great Britain said, "His proficiency with the key was legendary, and he spent a great deal of his time experimenting with antennas, and employed a full-size and a double-size G5RV (both fed with open-wire feeders) for his own radio operations."
Varney was an RSGB member for 74 years, and he served as life president of the Mid-Sussex Amateur Radio Society. In addition to Amateur Radio, Varney enjoyed painting and gardening. He also collected and had an interest in antique radio equipment and tubes.
His wife Nelida is among his survivors. Services are set for July 4 in Brighton, England.
--thanks to Bob D'Imperio, N4XAT, and RSGB for this information

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miércoles, 2 de noviembre de 2011

EA1/EA2AAJ - EA2AAJ

EA1/EA2AAJ

G5RV

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