ANTENAS


Resumen

En esta página describo el sistema de antenas que utilizo en la estación de radioaficionado EA3CNO. Las antenas que tengo instaladas, han ido cambiando con el paso del tiempo, ajustandose a mis necesidades de transmisión y recepción, según los proyectos en los que esté trabajando.

Abstract

This page shows EA3CNO amateur radio station's current antenna setup. It has been changing over time, adjusting it to my needs for transmission and reception, depending on the projects I have been working on.


Contenido

 


Introduccion

Hay que destacar, que mi QTH no es el sitio mas idóneo para transmitir por rádio, ya que está situado en una zona montañosa, en el fondo de un valle y rodeado de multiples obstáculos. La mayoria de QSO's en V-UHF, los realizo por difracción o reflexión en ellos. Observar el dibujo adjunto.

Durante años de trabajo en las bandas de 144 y 432 MHz desde este QTH, he probado bastantes antenas, llegando a las siguientes conclusiones:

Antenas omnidireccionales (verticales) - Si son cortas (baja ganancia y angulo de radiación alto), puedo trabajar a traves de señales reflejadas en obstáculos, pero al no tener directividad el nivel de recepción de ruido y de intermodulaciones es elevado. Si son largas (mas ganancia con angulo de radiación bajo), las señales no se reflejan bien en los obstaculos, traduciendose en señales mas bajas.

Antenas direccionales - Al poderse orientar, discriminan las señales no deseadas, pero si son de gran ganancia (lóbulo de radiación estrecho) al orientarlas en direcciones donde hay obstáculos elevados, la señal queda fuertemente atenuada. Por el contrario si las antenas tienen un lóbulo de radiación ancho, la dispersión de la señal hace que pueda pasar estos obstáculos por efecto de difracción o reflexión.

Teniendo en cuenta lo expuesto anteriormente, los dos tipos de antena de V-UHF que mejor se adaptan a mi QTH son: Directiva con lobulo de radiación ancho o vertical corta.

En HF, he de trabajar con angulos de radiación elevados, utilizo el tipo de propagación llamado NVIS, (Near Vertical Incidence Skywave), que es el que se adapta mejor a las condiciones de mi QTH. Las bandas decamétricas en las que tengo mejor rendimiento son las de 40 y 80 m.

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V-UHF 144-432 MHz

Para 144-432 MHz tengo instaladas dos antenas directivas, las utilizo tanto para comunicados locales, como para trabajar DX en dias de buena propagación troposférica. Teniendo en cuenta las limitaciones de mi QTH y buscando la posibilidad de contactar con la mayoria de estaciones, están polarizadas en vertical.

En VHF (144) utilizo una Yagui de 4 elementos modelo 124-WB de Cushcraft, esta antena tiene una ganancia de 10.2 dBi y una directividad de 60º en el plano E, dispone de doble gama-match para su ajuste.Clicar sobre la imagen para verla ampliada

En UHF (432) utilizo una Yagui de 11 elementos modelo A435-11S de Cushcraft, con una ganancia de 13.2 dBi y una directividad en el plano E de 48º, también dispone de gama-match para su ajuste.

Ambas antenas estan montadas en un mismo tubo de soporte horizontal, y separadas a 1/2 longitud de onda a la frecuencia de 144 MHz (aproximadamente 1 m), están sujetas al tubo por su centro de gravedad, lo que ahorra sobre-esfuerzos al rotor de giro. Todo el conjunto está soportado por un mastil telescópico de acero inoxidable de 6 m de alto. El arriostramiento del mastil se hace en dos niveles, uno para cada tramo de unión. En la fotografia adjunta puede apreciarse el montaje de las antenas, rotor y mastil de soporte.

Los coaxiales de bajada tienen solo 14 m, se ha utilizado cable RG-214/U. Al ser un cable flexible, las bajadas pueden ir directas desde la antena hasta el equipo de radio. Las perdidas medidas en 144 MHz son de 1.1 dB y en 432 MHz de 2 dB.

Antes de proceder al montaje del todo el conjunto, se ajustaron las antenas. El ajuste se realizó midiendo el ROE (perdidas de retorno). En las gráficas adjuntas pueden verse las curvas obtenidas de cada antena, las medidas son desde el extremo del cable coaxial de bajada (14 m).

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Turnstile 435 MHz

Esta antena sirve para la recepción y transmisión de satélites en la banda de 435-438 MHz, la banda es utilizada por satelites de radioaficionado y cubesats. También la utilizo para el trabajo de señales terrestres, con polarización horizontal.Clicar sobre la imagen para verla ampliada

La antena, que puede verse en la fotografia adjunta, consta de dos dipolos doblados colocados a 90º, con una separación entre ellos de 9 cm, y dos reflectores situados a una distancia de ¼ de onda de cada dipolo. Los dipolos utilizados se han adquirido en WIMO artículo nº 18100.01, incorporan un balun para adaptar la impedancia del dipolo plegado a 50 ohms, el conector es un "N".

Las líneas de enfase se han calculado para polarización circular derecha, están construidas con cable coaxial RG-58, y conectores "N" en sus extremos. Para salvar la distancia desde los dipolos al divisor de potencia, la línea conectada al dipolo inferior tiene una longitud de 1 onda (46 cm), y la del dipolo superior tiene una longitud de (63,4 cm), 1 onda + ¼ de onda + L , L es la distancia de compensación entre los planos de los dipolos (9 cm).

Las dos líneas de enfase están conectadas a un divisor de potencia también adquirido en WIMO, modelo 18042, la salida del divisor de potencia se ha conectado al preamplificador mediante un cable RG-213 con una medida de 1 longitud de onda (46 cm).

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Para cortar las líneas de enfase a la medida exacta, he utilizado un analizador de antenas. Se calcula la frecuencia en la que cada línea presenta ¼ de onda, donde se comporta como un cortocircuíto. Antes de cortar el cable coaxial, se montará el conector de un extremo y se cortará el otro dejando un margen de 2 o 3 cm. La línea de enfasamiento de 46 cm presenta ¼ de onda en 107,6 MHz, y la de 63,4 cm presenta ¼ de onda en 78 MHz.

Los dipolos plegados que he utilizado, están calculados para ser montados en una antena yagi, donde el primer director modifica la impedancia y la frecuencia de resonancia. Al trabajar el dipolo solo con el reflector, su frecuencia de resonancia es mas baja. Para que resuene a la frecuencia deseada, hay que acortar la medida del dipolo.

En la gráfica adjunta, puede verse la curva de ROE del dipolo acortado. La frecuencia de resonancia, no está centrada exactamente a 430 MHz, ello es debido a la longitud del balun que incorpora el dipolo, y que está enbutido dentro de la pieza de plastico. La cifra de ROE se mantiene por debajo de 1.3 en toda la banda de trabajo. Quiza parezca que el dipolo tiene una banda de frecuencias muy ancha, pero hay que destacar que está construido con tubo de 10 mm de diámetro, con lo cual su "Q" es bajo.

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En la figura, se reflejan las nuevas medidas que ha de tener el dipolo para que resuene a 430 MHz. Primero se corta el dipolo a 25 mm del inicio la curva, las secciones de tubo recto también se cortarán a la nueva medida, el dipolo quedará troceado en varias secciones, por tanto habrá que volver a recomponerlo. El diámetro interior del tubo de aluminio que forma el dipolo es de 8 mm, para obtener de nuevo rigidez mecánica, suplementaremos las partes cortadas con unos trozos de tubo de aluminio de 8 mm colocados en la parte interior del tubo del dipolo, y las fijaremos mediante tornillos de M3 inoxidables.

En las siguientes fotografias puede verse con detalle de la modificación del dipolo original. En la primera, se observa una pieza tubo de 8 mm utilizada para unir las curvas que forman los extremos del dipolo, y la otra pieza de tubo ya introducida en la parte interior del dipolo. En la segunda, la mitad del dipolo acortado según las nuevas medidas, y los tornillos de fijación.

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Antena Dipolo 80 y 10 m.

Para trabajar en la banda de 80 metros, utilizo una antena dipolo acortada mediante bobinas de carga, el espacio disponible para la antena es limitado y solo permite montar una V invertida de 12 metros de longitud total. Esta medida representa un 30% respecto a un dipolo de media onda, tengo asumido que al ser la antena tan corta el rendimiento es bajo y el ancho de banda estrecho.

Para el cálculo de la antena se ha utilizado la página Web de K7MEM. Las medidas son: frecuencia central 3.725 KHz, diámetro del hilo 1,5 mm y longitud total 12 metros. Según los cálculos, y teniendo en cuenta que las bobinas están situadas en el centro de cada brazo, la inductancia es 73,4 µH. Si se modifica la posición de las bobinas, colocandolas a una distancia desde el balun de 2,31 m, y añadiendo un "latiguillo" de sintonia, la antena también resonará en 10 m. Para ello, hay que recalcular la inductancia de las bobinas, en el cálculo modificaremos la "dimensión B", que pasa a ser de 2,31 m, y la nueva inductancia de la bobina ahora es de 60,3 µH.

La fotografia adjunta corresponde a una de las bobinas, para su construcción se utiliza hilo de cobre esmaltado de 1 mm, devanado sobre un tubo de PVC de 40 mm. de diámetro. Para obtener 60,3 µH, son necesarias 55 espiras devanadas juntas. En los extremos del hilo se sueldan unos terminales, que quedan situados en la parte interior del tubo, y se unen con los terminales del cable de antena mediante tornillos de M4 inoxidables. El devanado de la bobina, queda protegido dentro del otro tubo de PVC de 50 mm, con lo cual se producirán menos cambios en la inductancia de la bobina con las inclemencias del tiempo.

Una vez terminado el bobinado procederemos a colocar el tubo de protección de PVC de 50 mm. Para centrar el tubo alrededor del bobinado se utilizan 3 pequeños topes de material plastico distanciados a 120º, y se sella cada extremo con Araldit o cualquier otro pegamento resistente a la intemperie. Antes de que seque el pegamento colocamos una tira de cinta aislante alrededor del tubo. Este tipo de pegamento despues de largo tiempo a la intemperie tiende a tomar un color amarillento y a quedar muy reseco, en otras bobinas utilizadas durante bastante tiempo, no he observado que se resquebraje, pero pienso que la cinta lo protegerá del sol. En la fotografia puede apreciarse la bobina ya terminada y un terminal de los utilizados para conectar el hilo del dipolo.

En la fotografia adjunta, puede verse el dipolo y las bobinas de carga. También los "latiguillos" para la sintonia en la banda de 10 metros, que se cortarán a la medida necesaria para sintonizar el segmento de 10 m. La sintonia en la banda de 80 metros se obtiene acortando o alargando el cable que va desde la bobina hasta el aislador.

La instalación de la antena quiza parezca un poco baja, pero como se ha mencionado en la introducción, se ha realizado pensando en utilizar el tipo de propagación denominado NVIS.

Una vez sintonizada la antena, en la banda de 10 metros, la resonancia se produce en 28.750 KHz con una ROE de 1,49. En la banda de 80 metros, la resonancia se produce en 3.718 KHz con una ROE de 1,50. Estas cifras de ROE son debidas a la proximidad de la antena al tejado del edificio, que produce reactancia parásita sobre el dipolo. Una prueba de ello, es en la medida de la antena, de los 12 metros utilizados para el cálculo inicial, la medida real ha quedado reducida a 11,40 metros. En el montaje de esta antena, se ha intentado buscar un equilibrio entre el ROE, altura sobre el tejado y frecuencia de resonancia.

En la banda de 80 metros el ancho de banda entre puntos de ROE=2 es de 36 KHz, y en la banda de 10 metros el ancho de banda es de 1,4 MHz. En 10 metros se cubre practicamente toda la banda, pero en 80 metros será necesario utilizar un acoplador para poder transmitir en los puntos en que la antena esté fuera de sintonia.

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Antena Loop para HF

Esta antena es un loop activo modelo ALA1530S+Imperium, de Wellbrook Communications.

Tiene cobertura continua desde 50 KHz hasta 30 MHz, es muy util para poder efectuar pruebas con receptores. Incorpora un amplificador de alta ganancia y baja intermodulación (IP3 de +55 dBm).

Al ser un loop capta menor ruido perásito que un dipolo o una antena "whip activa".

Esta antena presenta cierta directividad, que es mas acusada en LF y MF. Para poder orientarla la he montado sobre un rotor Hi-Gain modelo AR-500.

Debido a la alta ganancia de su preamplificador, y según el receptor se se utilice, pueden presentarse problemas de sobrecarga en las etapas de entrada, para evitarlos será necesasrio tener activado el atenuador de entrada del receptor, o incorporar un atenuador entre la antena y el receptor.

 

 

 

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