Antenas subterráneas.

(Mal llamada, “la difunta”)

Hace muchos, muchos años me envolví en un proyecto de antenas muy singular. Lo hice por dos razones, la primera porque veía el proyecto ridículo y quería estar seguro de que era una realidad o un mito y el segundo, el más importante porque quería ayudar a una querida amiga a poder tener una antena en su reducido patio en una de esas urbanizaciones residenciales de “alto copete” donde no se permite nada.

Esta antena es algo rara y especial pues alegadamente funciona debajo de la tierra. Se dice que es usada por rusos y norte americanos para comunicaciones tácticas.

Como hay un refrán que dice… “nada es nuevo bajo el sol”, me afané en el proyecto y modifique el dicho a… “nada es imposible bajo la tierra”. El tema de las antenas bajo tierra data de hace muchos años pero nunca se desarrolló debido a que era tan inverosímil que nadie dedico tiempo a desarrollarlas.

LOS COMIENZOS…

El primero en relacionar la reacción de una antena a la tierra fue el croata, Nicolás Tesla. Este, desde los años 1893 en una conferencia en Philadelphia, discutió varios principios que se ilustraron con diagramas y se podría decir que ese fue el verdadero nacimiento de la radiodifusión.

Después llego Marconi que al patentar varios de sus descubrimientos, lanzó una serie de batallas legales en contra de Telsa que acusaba a Marconi de usar sus patentes. Esa batalla duró más de medio siglo y al final Marconi ganó la batalla aunque Telsa insistía que sus ideas y esquemáticos habían sido robados de la oficina de patentes.

Usando los principios de Telsa, comenzaron los experimentos con antenas subterráneas para los años 1910-12 cuando James Harris instaló el primer sistema subterráneo de antena debajo del agua. Durante la primera Guerra Mundial uso el sistema y fue capaz de enviar y recibir señales a distancia. En esos experimentos se notó que se eliminaban los ruidos de estática y la recepción era sin interferencias. Años después, para los años 20, llegó H.H. Beverage con su antena que operaba muy cerca de la superficie de la tierra con una onda transversal magnética que se adaptaba para la recepción a lo largo del paso del alambre de su antena. Esta fue la primera vez que se habló de ondas viajeras.

EN LA DÉCADA DE LOS AÑOS 50…

Después de finalizada la Segunda Guerra Mundial las antenas subterráneas o cercanas a la tierra se convirtieron en una curiosidad aunque se conocían las comunicaciones de submarinos usando VLF que aun en nuestros tiempos se siguen usando.

Al comenzar el desarrollo de las técnicas de misiles, todos se preguntaban, como podría subsistir un sistema de comunicaciones a los efectos de un bombardeo nuclear que sería indispensable en comunicaciones tácticas militares.

LO ULTIMO EN ANTENAS SUBTERRÁNEAS…

Al parecer no todos han tomado en serio el asunto de las antenas subterráneas de las que hablamos ahora. Unos han creído que se trataba de bromas del día de los inocentes de aquellas historietas que leíamos en la ya extinta “Revista EUREKA” (ahora es digitalizada). Pero la verdad es que esto no es una broma, la antena subterránea es una realidad. En su comienzo todos creíamos que el instalar una antena próxima a la tierra, era perder el tiempo. Los experimentos comprobaron que estábamos errados, con el tiempo se descubrió que los famosos misiles “Minuteman” eran guiados por un sistema de antenas subterráneas que se colocaban en inmensas bóvedas bajo tierra.

Se ha comprobado luego de poner a prueba una antena para radioaficionados que las ventajas y características de este tipo de radiador se pueden resumir como sigue:

1 – Ausencia de pérdidas –
2 – Señal constante –
3 – Amplificación de la señal por reflexión –
4 – No necesita condiciones de propagación –
5 – No recibe ruidos (QRM-QRN).
6 – Ganancia de 10 dB –
7 – No es atacada por condiciones climáticas –
8 – No necesita mástiles u otro sostén –
9 – Opera en todas las bandas 10-15-17-20-40 y 80 metros –
10 – Impedancia de 300 ohm (o 50 ohm con balun).
11 – Fácil de construir.
Esta antena a diferencia con las antenas convencionales se instala abajo tierra y utiliza como forma de rebote la “magna” de la tierra, ésta, al estar en estado de función constante, facilita el rebote y la amplificación de la señal transmitida, por consiguiente la señal recibida se comporta de la misma manera. Por otro lado el “magna” no posee periodos de cambio, se mantiene siempre constante a diferencia de la ionosfera utilizada por las antenas convencionales, por lo que esta forma de transmisión/recepción n se afecta por la propagación.

Antena completa antes de enterrarla
CONSTRUCCIÓN…

Las bobinas de carga (3 iguales) se fabrican usando tubos PVC de ¼” diámetro donde se enrollan 8 vueltas de alambre de cobre de .04” (1 mm). En cada extremo se deja un espacio para soldar los tramos de antena. Las bobinas se pueden proteger usando cinta aislante o una buena capa de barniz protector.
Las bobinas listas deben tener un largo de no más de 8” (25cm).
Corte de los elementos: Tome las varillas tubulares de ¼” de diámetro y córtelos en tramos de 3.07’ (93.75 cm), seis en total. (si lo desea puede usar alambre de cobre esmaltado).
Ensamblaje final: se toma unos de los tramos de 3.07’ y se suelda en un extremo una bobina de carga y en el extremo libre de esta se suelda otro tramo de 3.07’ y así se concluye unos de los tramos de la antena (fabricar tres iguales). Luego con los tres tramos completados,forme un triángulo que por cada lado queda de 6.23’ (1.90 metros). En solo dos puntos extremos de este aplicar soldadura, de este modo queda formado él triangulo con un extremo abieto. Todo este triángulo se introduce en la manguera plástica de más de ¼” de diámetro interior para que quepan fácilmente las bobinas, o mejor todavía, se prepara una forma de tubo PVC de un diámetro que permita acomodar las bobinas sin dificultad. Si usa PVC se recomienda que use alambre de cobre en vez de las varillas.
En el extremo abierto se suelda la cinta plana de 300 ohm de impedancia que sirve para cargar la antena, se debe tener cuidado de no separar demasiado los extremos de los elementos ni de pelar mucho la cinta plana de 300 ohm para evitar variar la impedancia característica de la cinta. En donde se soldó la cinta y quedan los extremos de la manguera se sella con brea u otro material sellador, con el fin de conseguir una unidad hermética para evitar la humedad.
NOTA: Si desea, puede añadir una “chimenea” en el lado opuesto a la salida (ver foto) para ventilación y eliminación de humedad que se pueda generar dentro del tubo.

Diagrama detallado…

INSTALACIÓN

En terreno que no sea ni muy seco, ni muy húmedo, cavar un pozo, en lo posible lejos de alguna descarga a tierra, el mismo se debe ser de una dimensión que acomode la antena sin dificultad y de 2 a 3 pies de profundidad. Coloque todo el conjunto de antena dentro y luego tape bien todo el pozo apisonando la tierra, (tenga cuidado de que queden afuera los extremos de la cinta plana de 300 ohm. De esta forma queda concluido el trabajo. (Vea foto).

En los equipos que funcionan con impedancias de 300 ohm se conecta directamente al mismo. Si se prefiere usar una línea de coaxial de 50 ohm hasta el transceptor, es necesario colocar un balun de 300 ohm a 50 ohm, el cual se puede instalar sobre un soporte o estaca en el lugar donde se colocó la antena, de este adaptador sale la línea coaxial RG8 o RG 58 de 50 ohm que va al transceptor.

LISTA DE MATERIALES…

16’ de varilla de cobre de .39” de diámetro (más o menos). Se puede usar alambre de cobre en vez de las varillas.
7’ de cable de cobre de .04” de diámetro (para las bobinas)
3 trozos o niples de PVC de 8” de largo.
6-7’ de cinta plana de 300 ohm y balun de 300 a 50 ohn si se desea usar coaxial.
16’ o más de manguera plástica flexible de un diámetro que acepte con facilidad del grueso de las bobinas de carga.
Cinta aislante (tape negro) y material para sellar.

UNA ANÉCDOTA…

Luego de construida la antena y ajustada usando un “antenna tuner” apropiado, coordinamos un “schedule” con una estación de Venezuela que fue la que nos animó a construir la antena. Acordamos a las 4:00 PM. Llegó la hora acordada, prendimos el radio y se comportó como si no tuviera la antena conectada. No había QRM o QRN de ninguna clase. Revisamos la línea de transmisión y la conexión al radio y todo parecía estar bien pero el radio que estaba sintonizado a la frecuencia asignada seguía “sordo”. ¡Perdimos el tiempo, comentamos! Nos quedamos en el “shack” algo decepcionados. Paso el tiempo y llego la hora acordada; para sorpresa nuestra escuchamos una señal de 5-9+20 llamando, era nuestro amigo de Venezuela y logramos un QSO excelente. Comprobamos que la antena subterránea verdaderamente elimina toda interferencia causada por ruidos producidos por el hombre o la atmósfera.

Otra Referencia Historica:

SISTEMAS DE ANTENAS SUBTERRANEAS

Usadas por rusos y americanos en comunicaciones tácticas Dice una frase que nada es nuevo bajo el sol. Y podemos aplicar esta frase al tema tan apasionante de las antenas bajo tierra o sistemas de antenas que operan muy efectivamente en el subsuelo, ya sean colocadas en bóvedas, o simplemente enterradas en el subsuelo. El tema de las antenas subterráneas, no es nada nuevo y tomando de referencias militares varios datos, hemos descubierto interesantes detalles que ofrecemos a la consideración de nuestros lectores. Los inicios El primero en relacionar la reacción de una antena a la tierra fue el croata Nikola Tesla. Este desde los años 1893, en una conferencia en Philadelphia, discutió varios principios que se ilustraron con diagramas y se podría decir que ese, fue el nacimiento de la radio difusión. Después llegó Marconi que al patentar varios de sus descubrimientos, lanzó una serie de batallas legales en su contra por parte de Tesla, que acusó a Marconi de usar sus patentes. Esta batalla duró más de medio siglo y Marconi ganó la batalla legal, aunque el genio italiano siguió sintiendo la presión de Tesla «por robar mis aparatos y esquemáticos de la oficina de patentes». Usando esos principios de Tesla, los experimentos con antenas subterráneas comenzaron tan temprano como 1912, cuando James Harris Rogers instaló el primer sistema subterráneo de antenas y otro sistema bajo el agua. Durante la 1er Guerra Mundial usó el sistema y fue capaz de enviar y recibir señales. Y todos los que conocieron del experimento, se dieron cuenta que la estática se eliminaba y la recepción era quieta, fuerte y sin interferencias. Después, y alrededor de los años 20, llegó H. H. Beverage con su antena muy cerca de la tierra con una onda transversal magnética que se adaptaba para recepción a lo largo del paso del alambre de esa antena. Era la primera vez que se conocía el término de antenas de ondas viajeras y este principio. Década de los 50 Después de finalizar la 2a Guerra Mundial, las antenas subterráneas o cercanas a la tierra permanecieron como una curiosidad, aunque se conocían los sistemas de comunicaciones de submarinos en VLF que siguen usando hoy esta técnica. Pero al comenzar a desarrollar la técnica de misiles, todos se preguntaban cómo podría un sistema perfecto de comunicaciones, sobrevivir los efectos de un bombardeo nuclear y el Pulso Electro Magnetico (EMP) después de una catástrofe de esa índole, sin perder la capacidad de las comunicaciones tácticas de sistemas militares. En los 50, los rusos comenzaron a sentir interés por las antenas subterráneas al igual que su contraparte americana. Los rusos hicieron pruebas de todo tipo, incluso nucleares, para tratar de ver sobre el terreno la capacidad de supervivencia de antenas subterráneas y a partir de 1960, comenzaron a proliferar este tipo de antena en la Union Sovietica. Sin embargo, aunque los sistemas sobrevivían ataques nucleares, eran muy ineficientes y se requería una enorme potencia para poder poner una señal decente en el aire. Los rusos aún creían que los satélites no eran una alternativa confiable y que, si ellos podían destruir los satélites americanos, esto podía sucederles a ellos por parte de Estados Unidos también. Estas fueron palabras del conocido diseñador de aviones de combate Gurevich, en 1975 (MickoyanGurevich, los famosos creadores de los célebres MIG rusos).»Podemos destruir los satélites americanos y tenemos que asumir que ellos pueden destruir los nuestros también de la misma forma». En 1965, en Rusia, se publicó un tratado sobre estos proyectos de antenas. Los autores fueron G.A Lavrov y A.S.Knyazev, pero nunca se mencionaron los principios de este tipo de antena que fue silenciada y ello, debido a que los rusos lograron conceptos muy avanzados que han sido ligeramente modificados para adaptarlos a la tecnología actual. Avances de Estados Unidos La comunidad electrónica de Estados Unidos no hizo hincapié en estas investigaciones porque después de la segunda guerra mundial el espectro de HF se mostró demasiado ocupado. Era poco el espacio y querían dedicarse más a redes de computadoras que por líneas telefónicas o por medio de satélites, les mantuvieran los sistemas vitales de comunicaciones tácticas. También, se decía que el espectro de HF era vulnerable a la interferencia y por supuesto… las condiciones atmosféricas eran algo con lo que había que contar… y depender. Estas razones detuvieron esas investigaciones. Incluso los ingenieros más conocidos, argumentaron que bajar una antena cerca de la tierra o por debajo de esta… era algo realmente tonto. La década del 60 Compañías conocidas como Westinghouse, GTE y RADC habían construido ya varios sistemas de antenas subterráneos para el gobierno de Estados Unidos. Incluso, los famosos cohetes Minuteman, empleaban antenas de HF, y antenas de MF que estaban enterradas. Otros sistemas de VLF de Westinghouse, se usaban en estos menesteres y eran antenas doble loop que no eran muy eficientes, pero trabajaban y resolvían el problema. Ya más tarde en 1983, se construyó el primer sistema de antenas subterráneas en Nueva York y consistía de un arreglo (array) que comprendía elementos sencillos que radiaban en HF y VHF. Las pruebas realizadas con lugares remotos, demostraron que el sistema operaba a la perfección y con ganancias en el orden de los 12dBs. Una de las últimas pruebas la hizo la fuerza aérea y el array demostró que su operación era comparable a un monopolo sintonizado de 35 pies a una altura de unos 30 pies, lo que de por sí era ya sorprendente. Desarrollos a partir de 1980 En 1979 el Instituto de Investigaciones Eyring, de Provo, Utah generó un gran interés en sistemas de antenas bajo tierra y a la misma vez condujo una serie de impresionantes experimentos dentro y alrededor del Lago Utah. Los resultados arrojaron desarrollos de nuevas técnicas y se comenzó la fabricación de antenas subterráneas y otras que eran colocadas en la superficie, al nivel del terreno. Estas investigaciones y trabajos han continuado hasta hoy y Eyring ha mejorado la tecnología de antenas subterráneas para supervivencia de ataques nucleares. Sus sistemas se han probado en el centro de pruebas de White Sands en New Mexico y las antenas se han sometido a ensayos de ataques atómicos y han resistido la prueba sin sostener algún daño a su estructura y las comunicaciones han continuado sin alterarse. Prototipos de estas antenas se han instalado en varias Bases Aéreas de los Estados Unidos, y entre ellas están las de Hill en Utah y la de Offutt en Nebraska. La instalación del campo de antenas está enterrada dentro de una bóveda gigantesca bajo tierra. Esta bóveda es de concreto a presión y en la misma se encuentran tres antenas de banda ancha configuradas para proveer recepción y transmisión direccional u omnidireccional según se requiera y a la misma vez, proveen buena diversidad en recepción. Dos de estas antenas cubren desde 2 a 30MHz con optimización y énfasis en las partes bajas y medias del espectro de HF mientras que una tercera antena, está dedicada solo a la operación en la parte alta de HF. Los equipos de transmisión son todos de Rockwell-Collins que fueron probados extensamente en el verano de 1984 ofreciendo resultados excelentes. Otras pruebas se han realizado con antenas de bajo nivel, colocadas solo a unas 23 pulgadas sobre la tierra y el resultado ha sido magnifico demostrando que la tecnología de antena subterráneas o de antenas a nivel de tierra es perfectamente aceptable, es real y funciona. Conclusiones Como hemos descrito, la tecnología de antenas subterráneas es algo que va en desarrollo para usos tácticos y militares. Los amateurs han descubierto recientemente esta técnica, antes desconocida y bien guardada por los gobiernos interesados, y funcionan con ella a pesar de que aun, está por desarrollarse. Desde el punto de vista militar y táctico, ofrece las ventajas de que sobreviven ataques nucleares, son más durables, están a pruebas de terrorismo, son seguras, económicas y no se ven aun cuando se colocan a nivel del terreno. Para un amateur, ofrecen muchísimas ventajas también que son lógicas y no hay que enumerarlas, sobre todo para colegas residentes en áreas tropicales donde los ciclones y tornados azotan a menudo. La tecnología de antenas subterráneas, y antenas a nivel de tierra; abre nuevos caminos, podríamos decir que largas avenidas que no estuvieron disponibles antes del advenimiento de este tipo de conocimientos. Y es muy prudente el investigar como podríamos integrar estos sistemas de antenas terrestres a la tecnología de frecuencia adaptiva (habilidad de adaptarse a los cambios en el ambiente, atmosfera, etc.) y a nuestras propias necesidades amateurs. La meta mayor es buscar independencia… de la atmosfera y eso… según palabras del Ministro de Comunicaciones ruso, N.D Purtsev, y el Secretario de Defensa de Estados Unidos, es posible. Y no quisiera terminar este trabajo sin antes mencionar de los estudios realizados por el Ingeniero colombiano Humberto Avila, HK7IY al respecto. El ingeniero Avila ha desarrollado una antena subterránea de rendimiento y operación satisfactorios. Rogamos a los colegas que conozcan de alguna otra prueba nos lo hagan saber y aquellos que así lo deseen, envíenos sus experiencias al respecto. Autor: Lionel Remigio (KC4CLD)

LO ULTIMO DE ANTENAS SUBTERRANEAS

¡Más luz bajo tierra!

Al parecer, no todos han tomado en serio el asunto de las antenas subterráneas de las que hemos hablado en varios boletines LATNET. Unos han creído que se trataban de bromas del día de los inocentes o el llamado April Fool Day en Estados Unidos. Pero no es ninguna broma. Hablamos en una serie de 6 boletines de la historia y desarrollos de los sistemas de antenas subterráneos y narramos como desde finales de la Segunda Guerra Mundial ya esos sistemas proliferaban en Rusia y de cómo después Estados Unidos comenzó a interesarse por la nueva técnica. En esos tiempos, incluso los ingenieros estimaban que el poner una antena próxima a la tierra, era… perder el tiempo. Los estudios demostraron que esos ingenieros y expertos estaban equivocados y después con el transcurso del tiempo, se conoció que los famosos misiles norteamericanos Minuteman, eran guiados por sistemas de antenas subterráneas que se colocaban en inmensas bóvedas bajo la superficie terrestre. Sin embargo, después de varios escritos, permanece la creencia de que esto es un tema de ficción. Fortuitamente, hemos tenido contacto con la compañía que por años ha estado a la cabeza de estos experimentos y por medio del señor Dave Faust, ingeniero de pruebas y desarrollo de Eyring Inc, podemos dar más detalles sobre este interesante tema. La División de Sistemas de Comunicación de Eyring, tiene variados diseños de antenas, unas subterráneas, y otras que funcionan sobre la tierra. Las funciones de estas antenas son de carácter táctico, comunicaciones de emergencia e incluso varios modelos que están diseñados para resistir el conocido pulso electro magnético de altura (HEMP or High Altitude EMP) producido por explosiones atómicas. Estas antenas de Eyring están diseñadas para varios tipos de operaciones, terrenos, frecuencias (que llegan hasta VHF y son compatibles con el Meteor Scatter) y ángulos de radiación. Las hay de 2, 3 y 4 elementos y podemos decir que todas, se pueden instalar en una tremenda variedad de configuraciones, incluyendo la de V invertida a 3 pies sobre la tierra. Una gran sorpresa fue el recibir de Mr. Dave Faust el manual de operaciones para la antena ELPA 302A que opera HF/VHF y es de dos elementos. Este manual para los amateurs, será una cosa fuera de lo común, porque los manuales que conocemos de antenas convencionales, solo tienen unas 3 a 4 páginas que nos muestran el proceso de instalación. El manual de la ELPA 302A tiene 109 páginas, y es todo un tratado sobre la materia. El manual ofrece 76 graficas que comprenden pasos para la instalación, patrones de radiación, y aplicación de la ELPA 302A en comunicaciones de HF con onda de tierra (groundwave), onda aérea (skywave) y onda aérea de múltiples saltos (long range skywave paths). Esta antena, la ELPA 302A opera según la forma en que se coloque en el terreno (layout) desde 2 a 65MHz si los elementos se extienden a 150 pies y con 20 pies de separación uno del otro. Desde 4 a 50MHz si extienden los elementos a 75 pies. Desde 10 a 65MHz si se extienden los elementos a 50 pies y finalmente de 15 a 65MHz si se ponen elementos de 25 pies. Estas longitudes son por cada elemento. Y en la última configuración, estos elementos van separados a 10 pies, mientras que en todas las anteriores configuraciones los elementos son separados por 20 pies uno del otro. Como pueden ver, el asunto de antenas subterráneas, o colocadas sobre la tierra, no es nada nuevo. Mucho menos si se tiene en cuenta que Eyring Inc de Provo en el estado de Utah ha estado en este campo de investigaciones y desarrollo por muchos años. A pesar de ello, queda aún cierto rechazo por parte de la comunidad amateur a creer que algo como esto pueda existir… pero tenemos que decir como Galileo cuando fue forzado por la Inquisición a retractarse de sus creencias y descubrimientos en relación al movimiento de la tierra: » Y sin embargo… se mueve». Y como en el caso de Galileo… «Las subterráneas funcionan. Reciben y transmiten.» Yo les prometo a los colegas del mundo, más detalles sobre este tema interesantísimo además de una revisión de una de estas antenas que, hasta el momento, es el prototipo de un modelo que se estará vendiendo al mercado amateur en próximos meses, por la suma de $395 dólares. Esta será la primera vez que la comunidad amateur tendrá acceso a estas antenas y nos sentimos orgullosos de poderles anunciar esta relevante noticia por este medio. Y por supuesto estaremos probando por primera vez en el mundo, antenas que antes, solamente estaban al alcance de las altas esferas militares rusas o americanas. Varios radioaficionados de Miami tendremos este privilegio y entre ellos, Peter de la Rosa, KC4LFV; Osvaldo Pla, KB4TFF; Marcelo Larghi, KC4YGB y este servidor que, en los Cayos de la Florida, los días 23 y 24 de febrero, estaremos operando en un evento especial. Autor: Lionel Remigio (KC4CLD)