Esta antena está pensada para la radiolocalización de emisores de 27 a 29 MHz, y es bastante eficaz por sus muy buenas características de directividad. Ello la hace muy útil cuando se trata de localizar un emisor, ya sea en un concurso de radiolocalización (las “cacerías de zorros”, como se denominan en 27 MHz), o ya sea porque está molestando a nuestras transmisiones.
La antena es sólo para recepción, no debiéndose utilizar de ninguna manera para la transmisión. Bien manejada, nos facilitará bastante la localización del emisor que se desea localizar.
La antena que se describe es básicamente una antena de cuadro, dotada de un preamplificador de antena, concretamente un antiguo kit de preamplificador de recepción para 27 MHz de la firma española Sales Kit (kit nº 165 en los años 1970-80), debidamente modificado para conectarle esta antena.
Las antenas de cuadro son antenas que captan las señales recibidas por su componente magnética y no por su componente eléctrica (que es lo habitual en la mayoría de las antenas). Básicamente consisten en una o varias espiras (vueltas), las cuales al ser atravesadas por la componente magnética de una señal de radio, generan una tensión inducida que es amplificada por el preamplificador de antena y enviada al receptor. La tensión o señal inducida en la antena de cuadro será máxima cuando la componente magnética de la onda de radio incide perpendicularmente sobre el plano del cuadro, y será nula o mínima cuando es paralela al plano del cuadro.
Una onda electromagnética, entre ellas las de radio, está constituida por dos componentes que son perpendiculares entre si y perpendiculares a su vez a la dirección en que se propaga la onda. Una es la componente de campo eléctrico (E) y la otra es la componente de campo magnético (H). Ambas componentes vibran a una frecuencia igual a la frecuencia de la onda. Esto puede verse en la figura 1.
La mayoría de las antenas de transmisión funcionan radiando el campo eléctrico de las ondas al espacio, pero por ser un campo eléctrico variable, llevará consigo asociado el correspondiente campo magnético de la onda. En el caso de una antena vertical, omnidireccional, el plano de vibración del campo eléctrico de la onda radiada es paralelo a la antena, y por ello el plano del campo magnético correspondiente será perpendicular a la antena. Si la antena de recepción es otra antena vertical o de varilla, como en la mayoría de los casos, la recepción será tanto mayor cuanto mayor sea la incidencia de la componente eléctrica de la onda en la antena receptora, y menor cuanto menor sea esta incidencia. De ahí que una antena dipolo tenga una máxima recepción cuando está orientada perpendicularmente a la dirección de la señal que recibe (y orientada en el plano del campo eléctrico E de la señal), y mínima señal cuando está orientada "de puntas" a la dirección de la señal recibida.
En el caso de una antena de cuadro, la recepción es máxima cuando la componente magnética de la onda incide perpendicularmente en el plano del cuadro, y mínima cuando la incidencia sobre el plano del cuadro es mínima o nula, esto es, cuando el plano del cuadro es paralelo al plano de vibracción del campo magnético (H) de la onda. Todo esto puede verse resumido en las figuras 2 y 3.
Como ejemplo de antenas de cuadro usuales son las que disponen la mayoría de los receptores de radiodifusión de Onda Media: Las antenas de barra de ferrita que incorporan son precisamente un tipo especial de antenas de cuadro de dimensiones muy reducidas preparadas para operar en frecuencias de recepción tan bajas como son las de Onda Media (0,5 - 1,6 MHz).
Las antenas de cuadro se caracterizan por:
Ser antenas de muy baja impedancia, del orden de pocas décimas de ohmios a dos o tres ohmios como máximo. Ello implica que hay que adaptarlas bien en impedancia a la entrada del preamplificador o del receptor, cuya impedancia de entrada típica suele ser del orden de 52 a 75 ohmios.
Han de ser "simétricas" para que sus características de directividad sean buenas. El circuito adaptador de impedancias del cuadro al preamplificador además ha de realizar una adaptación de tipo "simétrica-asimétrica", ya que la mayoría de los preamplificadores de antena son de entrada asimétrica (coaxial). Además la conexión entre el cuadro y el preamplificador de antena (o el receptor de radio si no se usa el preamplificador) ha de ser lo más corta posible.
Para que sea más eficazmente directiva, el tamaño del cuadro empleado ha de ser de un diámetro como máximo del orden de 1/10 de la longitud de onda, para que así el campo magnético que atraviese el cuadro sea lo más homogéneo posible. Cuanto más pequeño sea el cuadro, más homogéneo es el campo magnético que lo atraviese y por tanto más directivo será, pero también más sorda será a la antena (la señal captada es tanto mayor cuanto mayor es el plano del cuadro). Como en general las antenas de cuadro son un poco “sordas”, de ahí que se las dote de un preamplicador de antena para aumentar el nivel de las señales que reciban antes de entregarlas al receptor.
Para mejorar más las características de la antena de cuadro, el circuito acoplador y adaptador del cuadro al preamplificador ha de ser de tipo magnetico, reduciendo al mínimo posible el acoplamiento eléctrico entre el cuadro y el preamplificador: El acoplamiento es mejor mediante balunes o transformadores de radiofrecuencia que tengan un buen acoplamiento inductivo entre el circuito de entrada (lado antena) y el de salida (lado preamplificador), y mínimo acoplamiento capacitativo entre dichos circuitos.
Estos cuatro puntos son importantes a tener en cuenta para el diseño de una antena de cuadro de alta eficacia, en especial en directividad.
El esquema del goniómetro se describe en la figura 4. Consta de un aro como antena de cuadro, y del preamplificador de antena.
El cuadro receptor (CR) es un aro de hilo grueso de cobre (3 a 5 milímetros de diámetro) o de tubo metálico fino, cortado simétricamente para la conexión del condensador de sintonía (CS) y del primario de la bobina acopladora L1. Puede usarse a tal efecto una antena de recepción de radiodifusión FM comercial de tipo aro abierto, ya que se presta perfectamente para la construcción del gonio, tanto por su forma como por sus dimensiones. Se aprovechará solamente el aro de la antena de FM, eliminándose el circuito simetrizador-asimetrizador de dicha antena si esta lo llevara.
El aro deberá tener un diámetro del orden de 45 a 50 centímetros. Aunque el cuadro utilizado es un aro circular, no hay ningún inconveniente en usar un cuadro con otra forma, siempre que mantenga una forma simétrica (por ejemplo, de forma cuadrada). No obstante, la forma circular es la mejor opción, ya que presenta la mayor superficie de captación de ondas que cualquier otra forma con el mismo perímetro de hilo.
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| Figura 5: Antigua bobina con núcleo de ferrita ajustable. |
La bobina L1 es la bobina transformadora y adaptadora de impedancias entre el cuadro y el preamplificador, mientras que la bobina L2 es la bobina de salida hacia el receptor o transceptor de 27 MHz. En el kit original de Sales Kit ambas bobinas son similares, y están realizadas arrollando en una formita plástica cilíndrica de 7 mm de diámetro, dotada de ferrita roscable (4,5 mm de diámetro), de 10 a 12 espiras juntas con hilo esmaltado de 0,5 mm de diámetro para el arrollamiento principal (secundario de L1 y primario de L2), y 2,5 espiras juntas del mismo hilo para el otro arrollamiento, el cual se realizará sobre el lado "frío" del arrollamiento principal, esto es, el lado del arrollamiento conectado a masa de RF. En el caso de L1, está claro cuál es el lado "frío" del secundario de L1 (está conectado a masa), mientras que para el primario de L2, el lado "frío" es el lado conectado a positivo de alimentación, ya que es masa de RF gracias al condensador C4. El núcleo de ferrita roscable de ambas bobinas permiten ajustar la resonancia de la bobina ajustando la posición del núcleo dentro de la bobina.
Para el goniómetro, se ha de eliminar el arrollamiento primario original de L1 (que tiene una conexión a masa), y se sustituirá por una o dos espiras de hilo esmaltado o plastificado al que se conectará el aro.
Actualmente estas formitas con núcleo de ferrita roscado son difíciles de encontrar (ya casi no se usan), por lo que se pueden realizar las bobinas L1 y L2 fijas y sustituir los condensadores de sintonía C1 y C6, que en el kit original son condensadores fijos cerámicos de 27 ó 33 pF, por sendos trimmers de 10-60 pF, por lo que a falta del núcleo de ferrita ajustable, la resonancia de cada bobina se ajustará mediante estos trimmers.
Asumiendo un valor de 30 pF para el condensador de sintonía del arrollamiento principal de cada bobina (lo que correspondería a aproximadamente la mitad de recorrido de los trimmers C1 y C6), ambos arrollamientos deberçan presentar una inductancia en torno a 1,1 µH. Esto corresponde a un arrollamiento realizado con hilo de cobre esmaltado de 1 mm de diámetro, arrollando unas 20-22 espiras juntas al aire o en un soporte plástico cilíndrico de 8 mm de diámetro, o unas 14-16 espiras juntas al aire o en un soporte plástico cilíndrico de 10 mm de diámetro.
Para ajustar el goniómetro se ajustará a máxima recepción hacia el centro de la banda en que se va a utilizar (27- 29 MHz) los trimmers CS, C1 y C6 , y el núcleo de las bobinas L1 y L2 (si son de núcleo roscable). Si C1 y C6 son condensadores fijos, los circuitos de sintonía se ajustarán mediante el núcleo roscable de ambas bobinas (L1 y L2).
Para que el circuito tenga una respuesta eficaz en toda la banda de CB, puede ajustarse CS (del aro de antena) hacia el centro de la banda de trabajo, L1-C1 hacia un extremo de la banda de 27 MHz, y L2- C6 hacia el otro extremo de la banda de 27 MHz, siempre a máxima recepción en cada caso. De todas maneras, es importante ajustar CS a máxima recepción siempre a la frecuencia en que se va a trabajar (ya que las antenas de cuadro son bastante estrechas de banda, de no muchos kHz, y el ajuste de CS suele ser bastante importante para llevar a resonancia el cuadro a la frecuencia de trabajo).
El preamplificador se colocará dentro de una cajita metálica de aluminio (conectada a masa), y el aro se conectará al preamplificador a través de una conexión de hilo paralelo lo más corta posible, por ejemplo, usando un muy corto trozo de cable eléctrico de dos hilos que entre en la cajita a través de una pequeña abertura realizada en ésta. El cable de bajada del preamplificador hacia el receptor será el habitual coaxial RG 58 o similar, y la alimentación del preamplificador puede realizarse incorporando pilas en la caja del preamplificador (con el correspondiente interruptor de alimentación), o se puede enviar desde la batería o fuente de alimentación externa a través de dos hilos, que bajarán junto con el cable de antena fijándolos con cinta aislante al soporte de la antena goniométrica.
El aro y el preamplificador se montarán sobre un listón de madera o material no conductor de un metro y medio de longitud mínima, y se añadirá un travesaño de madera, dando al conjunto forma de cruz para soportar el aro. El cable coaxial de antena y los de alimentación bajarán sujetos al listón (fijados con cinta aislante) al menos un metro por debajo de la caja del preamplificador.
El trimmer de sintonía del cuadro CS puede ser un trimmer ordinario de 10 a 60 picofaradios, que se soldará en un pequeño trocito de circuito impreso, el cual a su vez se fijará en la parte superior del listón de madera. A CS se le conectarán (mediante el trocito de circuito impreso) los dos hilos o tubitos semicirculares que forman el aro goniométrico.
El aro goniométrico ha de estar realizado lo más plano posible, esto es, ha de ofrecer una superficie plana para que su funcionamiento sea mejor.
Los datos de soporte del gonio se muestran en la figura 7.
Con la antena goniométrica levantada verticalmente se va girando el aro (girando lentamente el listón que lo soporta), buscando la máxima o la mínima intensidad de la señal de la emisora que se desea localizar. La localización es mucho más exacta y precisa buscando por mínima señal que por máxima señal. Además ello permite que aunque la intensidad de la señal recibida se haga variable intencionadamente para dificultar la localización (variando la potencia de emisión) o sea una señal de banda lateral única, ello no es un inconveniente importante ya que los mínimos de recepción con este goniómetro (si está bien con construido) suelen ser de señal nula o que apenas desplacen la aguja del S-metter o dispositivo indicador de señal recibida.
Ello puede comprobarse con un receptor de onda media, los cuales suelen incorporar, como se ha comentado anteriormente, una antena de cuadro montada sobre una barra de ferrita. Puede comprobarse como es mucho más precisa la localización de una emisora buscando un mímimo de señal que un máximo, mucho menos preciso, incluso con emisoras de onda media locales y que por tanto ponen una señal intensa si se está en la zona próxima a ellas.
Importante: El goniómetro indica la dirección de la transmisión, no su sentido, por lo que para determinar el punto del que parte la emisión que se desea localizar, será necesario realizar dos medidas goniométricas en dos lugares distintos. Se obtendrán dos direcciones de la transmisión que se interseccionarán allí donde está situado el transmisor que se busca. Este método es conocido como método de triangulación, se representa básicamente en la figura 8 y es el que se suele utilizar en radiogoniometría.
Para la triangulación pueden emplearse dos estaciones móviles dotadas de goniómetros ubicadas en dos lugares distintos, o una misma estación móvil que realice dos medidas goniométricas en lugares distintos. Caso de operar con una única estación móvil, realizará una primera medida goniométrica en un lugar (A), obtendrá una dirección de donde procede la transmisión, y a continuación realizará la segunda medida goniométrica trasladándose a otro lugar (B) que esté separado, cuanto más mejor, de la dirección anteriormente determinada. Así, la segunda dirección determinada desde dicho lugar será totalmente distinta a la primera, y por triangulación nos permitirá conocer ya en qué zona está ubicada la emisora que se busca.
Recomiendo para operar por triangulación el uso de un plano o mapa de la zona, donde trazar las direcciones que obtenemos en cada medida, para buscar en el mapa por intersección de dichas direcciones el lugar de procedencia de la transmisión, así como el empleo de una brújula para determinar 'in situ' en cada medición la dirección exacta de la transmisión. Para el uso de la brújula se ha de tener la precaución de no utilizarla muy cerca de la carrocería del automóvil, ya que ésta puede alterar la indicación de la aguja de la brújula.
En los sitios llanos y despejados la radiolocalización funciona bien, y los mínimos de señal obtenidos al girar la antena son muy precisos, y por tanto la radiolocalización se hace bastante fácil. Muchas veces el mínimo de recepción se hace aún más nítido inclinando un poco la antena goniométrica en la dirección de la transmisión: El goniómetro se opera con el listón de madera que lo sostiene dispuesto verticalmente, y una vez localizado el mínimo de recepción, se puede precisar éste más o hacerlo más nítido inclinando un poco el goniómetro, normalmente en la dirección del mínimo de recepción indicado por el goniómetro. Con señales no excesivamente fuertes, los mínimos de recepción suelen dar lugar a indicaciones nulas o casi nulas en el indicador o S–meter del receptor empleado.
Cuando se trabaja en ciudades o en lugares montañosos, o hay obstáculos interpuestos entre el emisor que se busca y el goniómetro (por ejemplo alguna loma o montaña), pueden aparecer mínimos de recepción no muy nítidos e indicar direcciones erroneas, y ello se debe a que la onda emitida por la emisora que se busca sufre reflexiones y difracciones en los edificios y montañas, lo cual dará lugar a que el goniómetro reciba señales cuya dirección no apunta exactamente al transmisor que se desea localizar, pero éstas aún así dan una idea acerca de donde puede estar ubicada el transmisor. El goniómetro no acusa ahora mínimos bien definidos porque puede estar captando ondas procedentes del mismo emisor pero que llegan con direcciones distintas: ondas directas, ondas reflejadas y ondas difractadas (es lo que se llama propagación multitrayecto). En sitios llanos la onda recibida es únicamente una onda directa y por tanto el mínimo que se obtenga será nítido. Pero en ciudades y sitios con montañas, cuando se tiene un mínimo de recepción por onda directa, el goniómetro puede estar captando aún bastante señal debido a las ondas reflejadas y (en menor medida) difractadas, que tendrán otras direcciones distintas a la onda directa. Por ello el mínimo de recepción no es tan preciso.
Por ello al operar en ciudad o sitio no llano las direcciones indicadas por el goniómetro pueden ser un tanto inexactas y más que por triangulación se debe localizar la emisora por aproximación progresiva: Aunque la dirección indicada por el gonio sea inexacta, indica el camino a seguir, por lo que se iniciará la busqueda desde cualquier punto de la ciudad, se determinará la dirección de mínima señal, nos desplazaremos en esa dirección (queda el problema de determinar si hacia adelante o hacia atrás, puede ser útil realizar una triangulación previa que nos indique hacia qué zona de la ciudad puede hallarle escondida la emisora), y en otro punto nos detenemos y vovemos a determinar de nuevo la dirección del mínimo de transmisión, para ahora seguir esa dirección, y así sucesivamente. Esto queda resumido en la figura 10. En estos casos es bastante importante, si se puede, realizar las determinaciones goniométricas en lugares elevados (montes, colinas próximas a la ciudad) y abiertos (plazas, jardines...) ya que la onda directa será mucho más intensa que las recibidas por reflexión y difracción, y los mínimos de recepción y direcciones obtenidas por el goniómetro serán más precisos que midiendo entre montañas y edificios.
El goniómetro llega a operar bien incluso con señales muy intensas de recepción, como por ejemplo cuando se está a muy corta distancia del emisor que se busca, pero para estos casos los mínimos de recepción se pondrán de manifiesto operando sobre la ganancia de radiofrecuencia del receptor: Es muy recomendable operar con un receptor o transceptor de 27 MHz que esté dotado de un buen mando de ganancia de radiofrecuencia ('RF Gain'), porque cuando la señal que se recibe es muy fuerte y saturante, los mínimos de recepción sólo se podrán ver bien bajando lo suficiente la sensibilidad del receptor.
Debo recordar que esta antena goniométrica no puede ser empleada en emisión, ya que la actuación accidental del transmisor puede llevar muy fácilmente al deterioro inmediato del preamplificador de antena, y por tanto a la inutilización del goniómetro. También recuerdo que a efectos prácticos los mínimos de recepción con el goniómetro se obtienen cuando el plano del aro goniométrico está mirando hacia la emisora que se busca (esto es, está orientado perpendicularmente a la dirección de donde viene la emisión).
No recomiendo que a la hora de usar el goniómetro para localizar una emisora haya alguna otra antena de 27 megaciclos muy cerca (p.ej, en el mismo automóvil), ya que la presencia de ésta puede afectar a las señales (y la dirección de las ondas) que recibe el goniómetro. Para trabajos de localización en móvil es recomendable retirar la antena usada en emisión o plegarla sobre el techo del automóvil cuando se opere con la antena goniométrica. Si la antena de emisión fuera de bajo rendimiento (caso de antenas de móvil muy cortas) y estuviera situada un poco lejos de la antena goniométríca y por debajo en altura de ésta (por ejemplo situada en la parte trasera del automóvil sobre el maletero o parachoques trasero), puede no ser necesario retirarla al no influir apenas sobre el goniometro, y mediante un conmutador de antenas podemos desde dentro del automóvil conectar una antena u otra según estemos realizando una localización o debamos realizar una transmisión para pasar un mensaje a otro móvil que nos esté ayudando en la localización en un momento dado.
Finalmente, acerca de las medidas de las señales recibidas con el S-meter del receptor empleado, lógicamente a medida que nos acerquemos al emisor que deseamos localizar veremos en el S-meter aumentar la intensidad de la señal recibida. Pero puede darse la paradoja, en especial si nos estamos moviendo por las calles de una ciudad, que la señal varíe continuamente al desplazarnos, y que incluso a medida que nos alejamos del emisor aumente la señal recibida de esta, y creamos que nos estamos acercando cuando en realidad nos estamos alejando de la emisora. Ello puede ser debido a que la señal del emisor puede llegar más fuerte a según que partes de la ciudad por tener estas una visibilidad más directa al emisor que en calles más próximas al emisor, donde los edificios se interpondrían por medio y dificultarían la recepción de la onda directa del emisor. Por eso, al operar dentro de una ciudad sería conveniente realizar una triangulación previa (en los puntos TR1 y TR2 de la figura 10) que aunque sepamos que sea inexacta, dará una buena idea de hacia nos tendremos que desplazar con las indicaciones dadas por el goniómetro y el S-meter del equipo de radio (partiendo ya desde el punto TR2).
Diseño de Fernando Fernández de Villegas (Estación CB 'Macuto') (Barcelona, España)
Original de principios de los años 1990
Corregido y reeditado en 5 de Agosto 2016.
Ültima actualización: 05/12/2025. (Se han eliminado algunas figuras)