MANUAL NEC2CG

XQ2CG

Octubre 2026

Capítulo 1. Conociendo el motor NEC2 2

1.1. Introducción 2

1.2. El Editor NEC2CG 3

1.3. Ejemplo 1: Dipolo de Media onda para 20 metros 4

1.4. Resumen 10

Capítulo 2. Cargas en NEC2CG: dipolo con trampas 11

2.1. Cargas 11

2.2. Ejemplo: Antena con trampas para 20 y 40 metros 12

Capítulo 3. El archivo NEC 18

3.1. El formato de archivo NEC 18

3.2. Geometría: El diámetro/radio del Conductor (GW) 20

3.3. El tipo de terreno y la conexión (GE y GN) 21

3.4. El tipo de material del conductor (LD) 22

3.5. El patrón de radiación (RP) 22

Capítulo 4. Antenas Verticales 24

4.1. Segmentación 24

4.2. Las conexiones en NEC2 24

4.3. Ejemplo. Monopolo en el suelo 26

4.4. Ejemplo. Monopolo de 5m con radiales a Z=2 metros de altura 27

4.5. Ejemplo: Antena vertical móvil para 20 metros 28

Capítulo 1. Conociendo el motor NEC2

1.1. Introducción

El motor NEC2 es un programa numérico que resuelve las corrientes mediante el Método de los Momentos. Con esas corrientes calcula impedancia, ROE, ganancia, patrón y campos.

El NEC-2 original fue desarrollado en el "Lawrence Livermore National Laboratory", California, EEUU, y está disponible públicamente. Existen varias traducciones y variantes libres, como se muestra en la siguiente Tabla:

NEC2 conviene no confundirlo con NEC-4 o NEC-5 que son versiones posteriores, más avanzadas en ciertos casos (conductores cercanos al suelo) pero no tienen la misma disponibilidad libre que NEC2.

En NEC2 se usan "tarjetas" que son líneas de texto con códigos de dos letras (como GW para hilos o EX para fuentes). Funcionan como el lenguaje estructurado que lee el motor matemático: unas definen la geometría tridimensional de la antena y otras controlan la simulación, indicando frecuencias, tipos de suelo y voltajes. Aunque las herramientas modernas permiten dibujar de forma visual, por detrás siempre traducen todo a este archivo de texto plano para procesar los cálculos.

Discrepancias entre simulaciones y la realidad: Una simulación en NEC resuelve un modelo matemático, por lo que siempre habrá discrepancias con la antena física debido a tolerancias, materiales, entorno (árboles, mástiles, suelo real), cables y errores de fabricación. Los resultados de NEC2 son una guía del modelo y no una medición exacta. Son sumamente valiosos para estudiar tendencias, comparar configuraciones, ubicar resonancias y anticipar cambios antes de construir o modificar la antena física.

1.2. El Editor NEC2CG

NEC2CG es una interfaz web gráfica disponible libremente en:

https://nec2cg.charlygolf.com/

que integra el motor NEC2C para modelar antenas y visualizar sus resultados.

Permite construir y configurar la estructura de forma visual (definiendo conductores, fuentes, cargas y suelo) sin necesidad de redactar manualmente las tarjetas NEC.

Mientras el usuario diseña, la plataforma genera automáticamente el archivo en formato ".nec", sobre el cual el motor ejecuta la simulación electromagnética. Por lo tanto, aunque las tarjetas subyacentes siguen siendo las mismas, NEC2CG simplifica significativamente el proceso al permitir dibujar, editar, ejecutar barridos y analizar gráficamente los resultados.

Entorno de trabajo

Al ingresar a la plataforma, la pantalla principal se organiza en cinco secciones clave:

• Barra superior: Permite gestionar archivos, configurar parámetros de simulación (frecuencia, suelo y radiación), simular el código NEC subyacente y ver las salidas luego de ejecutar la simulación, transformar la antena globalmente, y acceder a la ayuda.

• Área gráfica 3D: El espacio central donde se visualizan los conductores (líneas) junto con sus elementos distintivos, como círculos rojos para las fuentes y cruces rojas para las cargas.

• Controles de vista (XY, XZ, YZ y 3D): Facilitan alternar proyecciones para verificar la geometría. La vista XZ es ideal para evaluar alturas y antenas en V invertida; la vista XY para el plano azimutal; y la vista 3D para una inspección general.

• Herramientas de navegación y edición: Incluyen funciones de zoom (Fit para ajustar y Center para reposicionar), control de cuadrícula con paso ajustable (Step), visualización de coordenadas del cursor y funciones de deshacer/rehacer (Undo/Redo).

• Panel Wire: Muestra en detalle las propiedades del conductor seleccionado (coordenadas, radio, número de segmentos y longitud) y ofrece accesos directos para crearlo, editarlo o eliminarlo.

1.3. Ejemplo 1: Dipolo de Media onda para 20 metros

Construiremos un dipolo en V invertida para 20 metros, centrado en 14,2 MHz.

Dos brazos simétricos, alimentación en el centro, suelo real y barrido de frecuencia alrededor de la banda.

Longitud aproximada de: \(L \approx \frac{143}{f_{\text{MHz}}} \approx \frac{143}{14,2} \approx 10,07\text{~m}\), y cada brazo tendrá unos 5.035 m. Usaremos una altura de 10 m sobre el suelo.

Paso 1. Crear los brazos y el centro

Abra: https://nec2cg.charlygolf.com/

Seleccione: Archivo → Nuevo. Seleccione la vista XZ.

La "Herramienta" del menú de la derecha debe estar en "New Wire".

Para crear cables, presione el botón derecho del mouse en un punto, arrastre el mouse y suéltelo. Estos dos puntos determinan la posición y longitud de un tramo recto de la antena.

Necesitamos crear 3 cables: brazo derecho, brazo izquierdo, y un segmento de centro de la antena.

Comencemos creando el cable del centro, luego el brazo de la izquierda y luego el brazo de la derecha, como se muestra en las imágenes de abajo. El largo exacto no importa aún.

Es importante que aparezcan cruces negras en las uniones de los cables, de lo contrario los cables estarían separados entre sí. Una vez creado, el conductor puede ser posteriormente editado con mayor precisión.

Paso 2. Ajustar el largo de los cables

Cambie el menú de Herramienta de la derecha a "Edit Wire". Luego, al seleccionar un cable conductor con el mouse éste se pondrá de color rojo, y al presionar el botón derecho del mouse, aparecen varias opciones:

"Wire Definition" permite editar el cable: coordenadas iniciales/finales, radio y número de segmentos. Es la opción que necesitamos.

Supongamos que las dimensiones deseadas son estas:

a) Primero, el cable central: longitud de solo 10 centímetros. Queremos que los cables se mantengan conectados, y queremos que se mantenga centrado en su actual posición.

b) Veamos ahora los otros dos cables, que son los brazos del dipolo:

Paso 3. Agregar la fuente

Una excitación sencilla es Voltaje real = 1; Voltage imag. = 0. La fuente se representa mediante un círculo rojo. En un dipolo alimentado al centro, la fuente normalmente se ubica en el segmento central.

Para eso seleccione el conductor central y "Add Source-Center".

Paso 4. Parámetros mínimos de simulación

Para caracterizar y simular una antena, se debe definir una serie de parámetros globales.

Acceder a Menú > "Parámetros Mínimos"

Este menú no crea la geometría de la antena, la fuente de alimentación ni bobinas o cargas: esos elementos deben estar definidos previamente.

1. Frecuencia central y barrido. La frecuencia central indica el punto de interés en MHz. La variación define el intervalo simétrico alrededor de ella y el número de puntos determina la resolución del barrido. Por ejemplo, una frecuencia central de 14.25 MHz, variación de 1 MHz y 20 puntos calcula desde 13.25 hasta 15.25 MHz.

2. Tipo de suelo. Esta sección configura si es espacio libre (no existe suelo), suelo perfecto, o tierra real con valores predefinidos de permitividad relativa y conductividad para terreno promedio, seco o húmedo.

3. Material. Define la conductividad eléctrica de los conductores. Existe la opción sin pérdidas que modela conductores ideales. Cobre, aluminio e hierro aplican valores representativos de conductividad a todos los cables. El material no define el diámetro.

4. Conductor. Define el diámetro físico aproximado de los cables. Aunque en NEC se define el radio exterior, no el diámetro. Por ejemplo, alambre grueso de 4 mm corresponde a radio 0.002 m; un tubo de 10 mm corresponde a radio 0.005 m.

5. Patrón de radiación. Define los ángulos que se calcularán. El campo denominado Elevation corresponde realmente al ángulo theta de NEC: 0 grados apunta hacia el cenit, 90 grados al horizonte y 180 grados hacia abajo. El azimut phi se mide en el plano horizontal, desde el eje +X hacia +Y. Para una antena sobre suelo normalmente se usa theta de 0 a 90 grados; en espacio libre, use 0 a 180 grados para obtener el patrón completo.

Paso 5. Revisar el código NEC

Con esto ya podemos Ver código NEC que se ha generado.

El archivo debería contener algo parecido a:

Paso 5. Guardar el archivo en el PC como respaldo

Seleccione Archivo → Guardar como... y guarde el archivo ".nec" en una carpeta fácil de encontrar.

Para mantener la compatibilidad con NEC-2, deje una línea en blanco después de EN, use codificación ANSI o UTF-8 sin BOM y asigne un nombre corto, sin tildes, ñ ni símbolos especiales.

También conviene usar una ruta breve, por ejemplo C:\nec_files.

Paso 6. Definir la altura de la antena

Si la antena no está a la altura deseada, entonces Menu→Transform→ Mover la antena, y se abrirá una ventana que muestra la actual altura mínima, es decir del elemento de menor altura.

Si queremos subirla a 10 metros de altura, en este caso habría que sumarle +13.5781 metros a través del eje Z. Con eso la antena queda a la altura deseada.

Paso 7. Ejecutar el barrido

Abra: Simulación → Ejecutar NEC2.

Luego Simulación → Ejecutar NEC2

Luego Simulación → "Resumen de la frecuencia central"

Luego Simulación → ROE vs Frecuencia para ver un gráfico de un barrido de mediciones de ROE.

El objetivo es localizar la zona donde: la ROE presenta un mínimo; la reactancia X cruza aproximadamente por cero; la resistencia R toma un valor razonable. No debe esperarse que la resonancia quede exactamente en 14,2 MHz, porque el modelo incluye altura, suelo y diámetro de conductor.

• Si la resonancia aparece por debajo de 14,2 MHz, el dipolo es eléctricamente demasiado largo y habría que acortar ligeramente los brazos.

• Si ocurre lo contrario: \(f_{\text{res}} > f_{\text{objetivo}} \Rightarrow L\text{~demasiado~peque}\overset{˜}{\text{n}}\text{o}\), habría que alargarlo.

Este pequeño ajuste permite comprobar en la práctica la relación entre longitud física y frecuencia de resonancia.

Paso 9. Patrón de Radiación 3D

De igual modo, con Menú→ Patrón de Radiación 3D, se puede ver los lóbulos de radiación de la antena en la frecuencia deseada.

1.4. Resumen

Al finalizar el ejercicio, el lector habrá realizado el flujo completo:

\[\text{Def~}\text{geometr}\overset{ˊ}{\text{ı}}\text{a} \rightarrow \text{Agreg~fuente} \rightarrow \text{Config~simulaci}\overset{}{\text{ó}}\text{n}\]

\[\rightarrow \text{Generar~.}\text{nec} \rightarrow \text{Abrir~en~}\text{NEC2CG} \rightarrow \text{Anal}\text{.}\text{~resultados} \]

Este ejercicio es importante porque muestra claramente la función de cada herramienta:

• Editor NEC CG prepara el modelo y genera el archivo NEC;

• NEC2CG ejecuta el cálculo electromagnético y permite analizar sus resultados.

La construcción de una antena puede entenderse como una secuencia ordenada: crear los conductores, verificar sus coordenadas y conexiones, definir la segmentación, agregar fuentes y cargas, establecer las condiciones de simulación y finalmente revisar el código NEC generado.

Una vez dominado este procedimiento, el mismo flujo puede aplicarse a modelos progresivamente más complejos.

Capítulo 2. Cargas en NEC2CG: dipolo con trampas

En la vida real, una antena no siempre es solo un trozo de alambre continuo. A veces le insertamos componentes intermedios: una bobina para acortarla, una trampa para que funcione en dos bandas, o una resistencia para volverla de banda ancha.

2.1. Cargas

Al presionar el botón derecho del mouse en un cable, aparecen estas opciones:

• LC series with Q (Bobina de acortamiento): Se usa para simular una antena físicamente más corta (como una vertical móvil para 40m). Es una bobina en serie. El valor Q indica qué tan buena es: una bobina real pierde energía por calor (un Q típico va de 150 a 300; si pones 1000, se está asumiendo que la bobina es perfecta).

• LC parallel with Q (Trampa multibanda): Es el típico circuito resonante paralelo (bobina + condensador) de un dipolo multibanda (por ejemplo, para 10/15/20m o 40/80m). En una frecuencia bloquea la señal para que el resto del cable no se use, y en otra deja pasar la corriente.

• R + jX (Carga fija en ohmios): Útil para poner una resistencia pura. Por ejemplo, la resistencia de terminación de 400 o 600 Ohms que lleva una antena T2FD o rómbica.

• RLC series / RLC parallel: Para cuando un circuito sintonizado combinando resistencia, bobina y condensador a la vez.

Las unidades de medida son L (muH) microhenrios de una bobina; C (pF) picofaradios de un condensador; Q es la eficiencia del componente (entre más alto, menos pérdidas por calor).

Un dipolo de 20m con trampas en NEC2

Por ejemplo, para configurar un dipolo de 20m con trampas en NEC2, se utiliza el tipo "LC parallel with Q" que simula el circuito tanque paralelo de la trampa.

Se coloca la carga en los segmentos del alambre donde termina la sección de 20m y empiezan las extensiones de alambre para 40m.

Los valores (L y C) deben calcularse para resonar exactamente en la frecuencia central de la banda alta (por ej. 14.175 MHz para 20m).

El Factor Q introduce un valor típico (entre 150 y 300) para contabilizar las pérdidas reales de la bobina.

2.2. Ejemplo: Antena con trampas para 20 y 40 metros

¿Qué es una trampa para Antenas?

Una trampa es un circuito resonante incorporado a un conductor de antena, formada por una inductancia L y una capacitancia C. Cerca de la frecuencia de resonancia de la trampa, la impedancia es elevada, y como consecuencia, la corriente que continúa hacia la sección de os brazos exteriores del dipolo disminuye considerablemente.

Entonces. una trampa para 20 metros busca que en la banda de 20 metros participe la sección interior de cada brazo. Pero en 40 metros la trampa ya no tiene impedancia elevada, y entonces la sección exterior de los brazos participa también en el funcionamiento de la antena.

Un dipolo con Trampas para 20 metros

La antena será un dipolo multibanda para 7,1 MHz y 14,25 MHz. Está formada por dos brazos simétricos que descienden desde un punto central elevado, formando una V invertida. En cada brazo existe una trampa por una combinación de inductancia y capacitancia. Una representación simplificada es:

Paso 1. Crear un modelo nuevo

Abra: https://nec2cg.charlygolf.com/

Seleccione: Archivo → Nuevo. El área gráfica quedará vacía. Seleccione la vista XZ.

Paso 2. Crear los brazos y el centro

La "Herramienta" debe estar en "New Wire". Crearemos 5 cables:

• 1 cable del centro: 20 cm

• 2 brazos desde el centro hasta la trampa: 504.5 cm

• 2 brazos desde la trampa hasta la punta: 362.0 cm

Puede ser más simple comenzar creando un dipolo sólo con el centro y los 2 brazos (cada uno de 866.5 cm), y luego dividir esos brazos cable en 2 cables, conservando la geometría general. Y luego ajustar el largo.

Luego:

• Add Source en el segmento central.

• Add Load: Agregar una carga (trampas) en el segmento extremo, para que la trampa quede aproximadamente en el centros de los brazos de la antena.

• Tipo: RLC paralelo; R: 134973.884 Ω; L: 5.06048523 µH; C: 25 pF

Nota: La resistencia de pérdidas (R) de 134,973.88 Ohms es derivada del factor Q a la frecuencia de resonancia del circuito.

Paso 3. Configurar frecuencia

Como es un dipolo multibanda para 7,1 MHz y 14,25 MHz, podemos hacer un barrido desde 6.5 MHz hasta 15 MHz, y unos 100 puntos.

Paso 4. Guardar el archivo PC y Abrir en Xnex2c

Archivo→ Guardar Como → "dipolo-trampas-20-40.nec"

Abra NEC2CG-windows: File → Open y cargue: " dipolo-trampas-20-40.nec"

Compruebe que la geometría mostrada corresponde al dipolo.

Paso 5. Configuración de la Antena

En Parámetros Mínimos cambie tipo de terreno, y el material.

Verifique que la altura es la correcta, de lo contrario, ajústela en Menu→ Transform. Por ejemplo, subamos la antena para que el extremo del cable más bajo esté a unos 7 metros de altura.

Paso 6. Ver el código NEC2, dipolo con trampas

Puede inspeccionar el código en Menú > Ver código NEC

Paso 7. Ejecutar la simulación

El menú Simulación permite ejecutar el modelo NEC-2 y revisar sus resultados desde distintos puntos de vista.

Primero se debe pulsar Ejecutar NEC. La aplicación envía al motor el código NEC generado con la geometría, el terreno, los materiales, las cargas y la alimentación seleccionados. Al finalizar, cada opción del menú muestra una parte distinta de los resultados.

Resumen de frecuencia central: Muestra los valores principales en la frecuencia seleccionada: impedancia, ROE, ganancia y características básicas del patrón de radiación.

ROE versus frecuencia: Grafica cómo cambia la ROE a lo largo del barrido. Sirve para identificar la frecuencia de mejor adaptación y comprobar qué parte de la banda mantiene una ROE aceptable.

Resistencia y reactancia versus frecuencia: Muestra la parte resistiva (R) y la parte reactiva (X) de la impedancia de entrada. La resonancia aparece cerca del punto donde (X) cruza cero.

Carta de Smith: Representa la misma impedancia de entrada sobre una referencia de 50 ohmios. Permite ver rápidamente si la antena es inductiva o capacitiva y cuánto falta para una buena adaptación.

Ganancia y eficiencia versus frecuencia: Muestra cómo varían la ganancia en dBi y la eficiencia de radiación en cada frecuencia. Una ROE baja no siempre implica alta eficiencia; esta vista ayuda a distinguir ambas situaciones.

Distribución de corriente por segmentos: Permite comprobar por dónde circula la corriente de RF. Es útil para revisar el funcionamiento del radiador, las bobinas, las trampas, los radiales, el plano de tierra o el chasis modelado.

Patrones de radiación 2D: Muestra cortes del patrón en azimut o elevación. Sirve para observar la dirección principal de radiación, los lóbulos secundarios y los nulos.

Patrón de radiación 3D: Presenta la distribución espacial completa de la ganancia alrededor de la antena. Es útil para visualizar simultáneamente dirección, elevación y forma de los lóbulos.

El botón Descargar .out guarda la salida textual original del motor NEC-2. Este archivo contiene los resultados numéricos completos y puede utilizarse para revisión técnica o comparación con otros programas compatibles.

Por ejemplo: "ROE versus frecuencia muestra:

Los resultados muestran que la antena tiene mínimos ROE en las frecuencias deseadas.

Patrones de radiación 2D:

Para 40 metros:

Para 20 metros:

Patrón de radiación 3D:

40 metros	20 metros

Capítulo 3. El archivo NEC

Aunque existen interfaces gráficas que permiten dibujar las antenas con el mouse de forma muy visual, tarde o temprano es necesario familiarizarse con el código de texto y las tarjetas de NEC2.

El Asistente de diseño NEC-2

https://antenas.charlygolf.com/asistente/

Esta es una herramienta guiada que enseña a preparar una simulación de antena observando las tarjetas NEC-2. El usuario parte de una geometría previamente validada (dipolo, vertical o Yagi) y responde preguntas sobre frecuencia, conductor, material, altura, tipo de terreno, alimentación y resultados que desea obtener.

A medida que se completan las opciones, el asistente construye y muestra el código NEC-2 correspondiente. Así es posible entender qué tarjeta se genera, qué decisión del usuario la produjo y qué efecto físico tendrá sobre la antena.

Antes de simular, la herramienta revisa la coherencia del modelo y advierte posibles problemas, como una geometría incompatible, una conexión a tierra incorrecta o datos aún pendientes.

No reemplaza el estudio de la antena ni pretende ser un editor libre de cables: su objetivo es transformar decisiones prácticas de radioafición en un modelo NEC-2 ordenado, explicable y listo para simular.

3.1. El formato de archivo NEC

Fue creado en los laboratorios Lawrence Livermore (décadas de 1970-1980) a partir de programas previos como AMP y NEC-1, utilizando el método de los momentos para analizar antenas y estructuras conductoras.

A partir de NEC-2, el archivo se estructuró mediante líneas de comandos o tarjetas ("GW", "EX", "GN", "FR", "RP", etc.) para definir la geometría, excitación, terreno, frecuencias y cálculos.

Los archivos ".nec" se convirtieron en un estándar de facto para la simulación electromagnética, siendo utilizados por herramientas modernas como NEC2CG.

a) El orden correcto de las tarjetas

El orden recomendado y lógico para un archivo NEC-2 es:

Ejemplo típico:

b) Reglas esenciales

• CE debe aparecer antes de la geometría.

• Todas las tarjetas geométricas deben estar antes de GE.

• GE debe estar antes de GN, FR, EX y las tarjetas de cálculo.

• GN, FR, EX y las cargas deben estar definidos antes de XQ, RP, NE o NH.

• EN debe ser siempre la última tarjeta.

• RP, NE y NH ejecutan la simulación por sí mismos. Si no se solicita ninguno de ellos, se usa XQ.

3.2. Geometría: El diámetro/radio del Conductor (GW)

La tarjeta GW define un cable recto de la antena.

Con ella se indica:

• el identificador del cable;

• cuántos segmentos tendrá;

• las coordenadas de su inicio y final;

• el radio del conductor.

Ejemplo:

GW 1 21 -5.03 0 10.0 5.03 0 10.0 0.001

Este código crea el cable número 1, dividido en 21 segmentos, desde (-5.03, 0, 10) hasta (5.03, 0, 10) metros, con radio de 0.001 m o 1 mm.

En términos simples, cada tarjeta GW dibuja uno de los alambres rectos que componen la antena.

En muchas antenas, como las Yagi de HF, se emplean elementos de diámetro variable o escalonado: son más gruesos en la sección central y van disminuyendo de grosor hacia los extremos para optimizar la resistencia mecánica y reducir el peso.

3.3. El tipo de terreno y la conexión (GE y GN)

GN define el tipo de suelo y sus propiedades eléctricas.

GE define cómo se relaciona la geometría de la antena con el plano \(Z = 0\).

• GN responde: ¿qué suelo hay bajo la antena?

• GE responde: ¿algún conductor llega o se conecta al plano de tierra?

Vemos la relación entre ambas tarjetas:

Para tierra real, GN 2 permite usar valores de permitividad relativa y conductividad.

Como referencia,

• tierra promedio utiliza \(\varepsilon_{r} = 13\) y \(\sigma = 0.005\, S/m\);

• tierra seca utiliza \(\varepsilon_{r} = 5\) y \(\sigma = 0.001\, S/m\); y

• tierra húmeda utiliza \(\varepsilon_{r} = 20\) y \(\sigma = 0.020\, S/m\).

Restricciones geométricas en \(\mathbf{Z = 0}\)

La siguiente tabla muestra que GE 1 aplica reglas estrictas al plano de tierra situado en Z = 0: un cable horizontal no puede quedar sobre ese plano ni un segmento puede atravesarlo hacia Z < 0, porque NEC-2 genera un error bloqueante.

En cambio, sí permite que el extremo inferior de un conductor vertical termine en Z = 0, como la base de un monopolo, y lo interpreta como una conexión a tierra.

Con GE 0 no existe ese tratamiento geométrico especial: la antena puede estar completamente elevada sin problemas, pero un extremo en Z = 0 no queda conectado automáticamente al suelo y cualquier cable situado allí debe revisarse para comprobar que represente una instalación físicamente coherente.

No debe combinarse GE 1 con GN -1: GN -1 elimina el suelo, mientras GE 1 declara un plano de tierra.

La regla más importante es que, con GE 1, solo puede llegar a \(Z = 0\) el extremo de un conductor. Un cable horizontal, radial o grid no puede permanecer en ese plano.

3.4. El tipo de material del conductor (LD)

El tipo de material de los conductores de la antena se define utilizando la tarjeta LD 5, la cual asigna la conductividad eléctrica específica del metal (como cobre, aluminio o hierro) en S/m para calcular con precisión las pérdidas por resistencia.

Si se busca una simulación ideal sin pérdidas, esta tarjeta se omite (si no se encuentra LD 5, NEC2 asume conductores perfectos, sin pérdidas óhmicas), y en la definición de la geometría (GW) simplemente se indica el radio del cable.

3.5. El patrón de radiación (RP)

La tarjeta RP indica a NEC-2 en qué direcciones debe calcular la radiación de la antena. Con esos datos, NEC2CG construye los diagramas de ganancia en 2D y 3D.

Cuando existe suelo, solo interesa el espacio situado sobre él. Por eso se calcula el hemisferio superior, desde la vertical hasta el horizonte.

En espacio libre, en cambio, puede calcularse la esfera completa.

Cómo mide los ángulos NEC-2

NEC-2 usa el ángulo polar theta, que no coincide con la elevación habitual de radioafición:

Por ejemplo, esta tarjeta calcula un patrón completo sobre terreno, desde la vertical hasta el horizonte, con pasos de 1° en theta y 2° en phi: RP 0 91 181 1000 0 0 1 2

Cálculo eficiente de los gráficos

En un barrido de frecuencia, NEC2CG calcula primero los resultados eléctricos principales: impedancia, ROE y eficiencia. No es necesario generar un patrón angular completo en cada frecuencia para obtener esos resultados.

Un patrón de (91*181) puntos contiene 16.471 direcciones por frecuencia. Si se calculara en 400 frecuencias, se generarían más de 6,5 millones de puntos, aumentando considerablemente el tiempo de cálculo y el tamaño del archivo de salida.

Por ello, al abrir Patrón 2D o Patrón 3D, NEC2CG realiza un cálculo adicional y temporal en la frecuencia seleccionada. Mantiene sin cambios la geometría, el suelo, las cargas y la alimentación de la antena.

Por defecto, NEC2CG realiza el barrido principal solo para obtener impedancia, ROE, eficiencia y corrientes, sin generar una malla completa de radiación en cada frecuencia.

• Al abrir un patrón 2D, calcularía un único corte angular de 91 puntos, desde theta = 0° hasta theta = 90°, con pasos de 1°;

• al abrir el patrón 3D, calcularía una malla de 91 × 181 puntos: theta entre 0° y 90° en pasos de 1° y phi entre 0° y 360° en pasos de 2°, equivalente a 16.471 direcciones.

Ambos cálculos se ejecutarían solo en la frecuencia central o en la frecuencia seleccionada por el usuario, manteniendo el patrón completo para todo el barrido como una opción avanzada.

Escala de visualización del patrón

Este selector cambia únicamente la forma en que se dibuja el patrón de radiación. No modifica la antena, la ganancia calculada por NEC-2 ni los valores de ROE e impedancia.

La simulación entrega ganancia en dBi para cada dirección. La escala elegida determina qué tan grandes o pequeños se ven el lóbulo principal, los lóbulos secundarios y la radiación trasera.

En general, se recomienda la escala ARRL (plot-antenna / PyMININEC) porque ofrece el mejor equilibrio visual para interpretar un patrón de radiación. Mantiene claramente visible el lóbulo principal, pero también permite apreciar lóbulos secundarios, radiación trasera y nulos que podrían desaparecer en una escala de potencia lineal. Es una presentación habitual y fácil de leer para radioaficionados, especialmente al comparar antenas direccionales, dipolos y verticales. La escala modifica solo la apariencia del gráfico; la ganancia real calculada en dBi no cambia.

Capítulo 4. Antenas Verticales

Un monopolo vertical es "media antena" y requiere un camino de retorno para la corriente. La simulación en NEC se divide en dos elementos clave:

• El entorno del suelo: Define las características de la tierra real (conductividad, humedad) para calcular absorción y reflexiones. Si el suelo es ideal e infinito, el programa calcula una "imagen" matemática y no requiere dibujar el terreno.

• El contrapeso físico: Si usas un plano limitado (como el techo de un auto, una rejilla o radiales), debes dibujarlo con alambres para que el simulador calcule el camino real de retorno de la corriente.

El falso contacto visual: A diferencia de un dipolo simple, las antenas verticales con planos de tierra, radiales o estructuras de rejilla multiplican drásticamente los puntos de unión. Entonces surge el peligro del "falso contacto" visual, y el problema de la segmentación se convierte en un cuello de botella de diseño. Se debe calcular que cada radial, rejilla y elemento vertical compartan nodos exactos; de lo contrario, estarás simulando una antena rota sin darte cuenta.

4.1. Segmentación

Aunque físicamente un cable es continuo, NEC lo representa con pequeños segmentos conectados. A mayor número de segmentos, mayor precisión. Pero una cantidad excesiva de segmentos aumenta el tiempo de cálculo sin garantizar una mejora proporcional. Como criterio inicial puede utilizarse λ/10 a λ/20. Por ejemplo, a 14,2 MHz: λ ≈ 21,1 m, λ/20 ≈ 1,06 m por segmento. Suele ser conveniente utilizar un número impar de segmentos, de modo que exista un segmento central.

El editor NEC-CG ofrece tres modos:

• Automatic: calcula los segmentos según la longitud del conductor, la frecuencia y la calidad seleccionada. En el modo automático pueden utilizarse criterios como λ/10, λ/20 o λ/40. La longitud de onda se calcula mediante: λ [m] ≈ 299,792458 / f [MHz]. La longitud aproximada de cada segmento será: Lsegmento ≈ λ / N, donde N puede ser 10, 20 o 40. El campo Recommended muestra una cantidad orientativa de segmentos.

• Manual: permite indicar directamente el número de segmentos.

• Imported: conserva la segmentación proveniente de un archivo NEC o MMANA-GAL.

4.2. Las conexiones en NEC2

En NEC2, los cables no se conectan automáticamente solo por cruzarse visualmente en la pantalla. Si un cable toca a otro justo en medio de un segmento (lejos de un nodo), NEC2 no lo reconoce como una conexión eléctrica, por lo que el circuito queda abierto en ese punto.

Algunas recomendaciones prácticas para evitar estos problemas son las siguientes:

1. Planifica las uniones: Define primero las coordenadas físicas exactas donde quieres que se junten los cables.

2. Calcula los segmentos: Ajusta el número de divisiones (GW) para asegurarte de que cada punto de unión caiga exactamente sobre un nodo.

3. Cuida el tamaño: Verifica que los segmentos no sean exageradamente cortos ni demasiado largos para la frecuencia que vas a usar. Una buena regla general es que la longitud del segmento esté entre \(0.001\lambda\) y \(0.1\lambda\) (donde \(\lambda\) es la longitud de onda).

4. Lo importante es el contacto: En modelos como el de la antena vertical corta, puedes usar segmentos cortos sin problema (como los de GW 12), siempre y cuando sus extremos terminen sobre un nodo real del grid.

No basta con que dos cables GW se crucen visualmente: el punto de unión debe coincidir exactamente con el extremo de un segmento de cada cable. Si se cruzan en medio de sus segmentos, NEC-2 no los considera conectados y la corriente no puede pasar correctamente entre ellos. Por eso, al construir una unión, la segmentación debe hacer que el punto de contacto sea también un extremo de segmento en ambos conductores.

4.3. Ejemplo. Monopolo en el suelo

Con GE 1 y GN 2, el gráfico muestra una curva de resonancia normal y coherente (VSWR mínimo alrededor de los \(14.5\text{~MHz}\)), demostrando que la antena está correctamente referenciada al suelo. Pero una vertical de 5 m no tiene por qué presentar 50 Ω en su punto de alimentación, aunque esté cerca de resonancia: no existe una red de adaptación entre la fuente de 50 Ω y la base del monopolo. La tarjeta LD 5 solo define la conductividad del cobre; no adapta la impedancia.

En cambio el ejemplo de la derecha muestra un ROE extremo principalmente porque el modelo tiene una vertical que comienza en Z = 0, pero usa GE 0. Con esa combinación, NEC-2 considera el terreno mediante GN 2, pero no trata el extremo inferior como una conexión al plano de tierra: queda como un alambre vertical alimentado en un extremo, sin un retorno de corriente correctamente definido.

4.4. Ejemplo. Monopolo de 5m con radiales a Z=2 metros de altura

Si una rejilla representa el techo del automóvil y se agrega terreno real.

Aquí el buen ajuste proviene del conjunto formado por radiador, cuatro radiales, sus longitudes y su altura. Nótese que con un grid, a la derecha no necesariamente se mejora el resultado.

4.5. Ejemplo: Antena vertical móvil para 20 metros

Para simular una antena móvil para 20 metros (como una látigo tipo "hustler" o antena acortada de montaje magnético/bumper) en NEC2, el método correcto es representar el chasis metálico como una placa finita formada por una malla de alambres (wire-grid plate) y conectar en su centro la antena vertical.

• Ajustar las coordenadas de la malla para que coincidan con las dimensiones del techo del auto (ancho y largo aproximado del techo).

• La antena vertical debe colocarse apuntando hacia arriba desde el centro (o la posición real de montaje) de esa malla, simulando la base magnética o el montaje fijo.

• Los alambres de la malla deben mantenerse cercanos entre sí para que el código interprete la estructura mallada como una superficie conductora continua y sólida.

En 20 metros, un cuarto de onda mide aproximadamente 5.25 m. Una antena móvil de 1.5 a 2 m es eléctricamente muy corta: presenta una resistencia de radiación baja y una reactancia capacitiva negativa. Por sí sola no resonará ni tendrá una impedancia cercana a 50 Ohms.

• La primera bobina se instala en serie con el radiador. Añade reactancia inductiva positiva y compensa la reactancia capacitiva propia de la vertical corta. Su función principal es llevar la antena a resonancia en la frecuencia deseada.

• La segunda bobina se conecta en paralelo entre el punto de alimentación y el chasis o contrapeso. Físicamente es una bobina shunt, porque está conectada en derivación. Pero junto con la bobina serie forma una red de adaptación en L, o L-Match.

Así, el transmisor ve una carga adaptada, aunque el radiador físico sea mucho más corto que un cuarto de onda. Los valores exactos de ambas bobinas dependen de la longitud del radiador, el diámetro del alambre, la posición de montaje y, sobre todo, del tamaño y forma del techo o chasis que actúa como contrapeso.

La siguiente imagen muestra la posición de la bobina pequeña (con una x), y la posición de la alimentación (un círculo). La malla (plano de tierra) está representada por la línea horizontal verde en la base:

Entonces consideremos la siguiente geometría:

• Radiador largo vertical de 1.90 m hasta el shunt. Bobina serie de carga en el centro, L=513.47µH, Resistencia serie=4.02 Ω, Q=300

• Radiador corto vertical de 10 cm; con Bobina shunt de adaptación en el centro, L= 0.678 µH, Resistencia serie=0.202 Ω, Q=300

• Radiador corto diagonal de 7.07cm diagonal, donde en el centro va la alimentación.

• El radiador, la rejilla y el conductor de alimentación tienen radio de 0.002 m: alambre de 4 mm de diámetro. La bobina shunt usa el cable GW 12, de radio 0.001 m: 2 mm de diámetro.

Los resultados muestran una curva de ROE estrecha, pero es un resultado esperable, y bastante bueno, para una vertical móvil de sólo 1.9 m en 20 m. Se aprecia un mínimo en 14.245 MHz, con ROE 1.07 e impedancia 51.7 + j3.1 Ω. El ajuste a 50 Ω es excelente. La zona bajo ROE 2:1 va de 14.20 a 14.30 MHz, unos 100 kHz.

La razón de la estrechez que el radiador es mucho más corto que el cuarto de onda de 20 m, por lo que tiene alta Q. La bobina serie permite resonarlo, y la bobina shunt lo adapta a 50 Ω, pero ninguna puede eliminar esa alta Q. El ajuste queda muy bueno alrededor de una frecuencia concreta.

Las formas sanas de aumentar el ancho de banda son, en orden de utilidad:

• Alargar el radiador.

• Usar una sección superior de mayor diámetro o una capacidad terminal, por ejemplo un pequeño sombrero capacitivo.

• Mejorar y ampliar el contrapeso, usando la carrocería real o una rejilla mayor.

• Emplear una bobina de carga de mayor diámetro físico, con conductor grueso y pocas pérdidas.

Para una antena móvil compacta en 20 m, unos 100 kHz bajo ROE 2:1 no es un mal resultado; es una solución sintonizada para una porción de la banda, no una antena que cubra cómodamente todo 14.0–14.35 MHz sin reajuste.