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Antenas Turnstile: Antenas fijas para satélites de órbita baja y dos buenos métodos de adaptación de impedancia.
Desde hace décadas, para trabajar los satélites de órbita baja, la antena fija por excelencia fue la Turnstile, en sus dos versiones, la de elementos reflectores y la de malla reflectora.
Esquemas turnstile de reflector y de pantalla
Creo que la más sencilla de construir es la de elementos reflectores, además de producir menor carga por viento, mecánicamente es más simple, pues, en lugar de una malla reflectora de, aproximadamente 0,6λ x 0,6λ , solo tiene dos elementos reflectores cruzados. La descripción completa de estas antenas, así como la descripción de su construcción se encuentran en el artículo anterior “Satélites simples de operar”.
Turnstile de VHF Turnstile de UHF
En cuanto a la impedancia y alimentación de esta antena, que fue lo que más dudas plantearon, desde la aparición de ésta artículo, se puede explicar del siguiente modo:
La Turnstile son dos direccionales de dos elementos, físicamente cruzadas en ángulo recto y eléctricamente desfasadas 90º para obtener una polarización circular.
Asumiendo que la impedancia de cada una de estas dos direccionales es de aproximadamente 75Ω, la línea de desfasaje de 90º eléctricos (físicamente λ/4) deberá ser de 75Ω de impedancia característica.
Entonces, el punto de alimentación del conjunto completo, o sea, el punto de unión de la línea de desfasaje que va a alimentar la primer direccional, con la segunda direccional, presentará una impedancia próxima a 32,5Ω, pues es el paralelo de dos cargas cercanas a 75Ω.
Si alimentáramos el conjunto con coaxil corriente de 50Ω la relación de ondas estacionarias producto de esta desadaptación sería del orden de:
ROE=50Ω/32,5Ω=1,5
Que no es muy alta ni producirá una pérdida adicional considerable (fig. 2).
ZQ=SQR(50*32.5)=40Ω
Valor de impedancia característica poco menos que imposible de conseguir, a no ser que construyamos un trozo de línea especialmente para ello.
A esta altura, observemos que sucede si deseamos adaptar, de igual forma, pero a 75Ω (fig. 1):
ZQ=SQR(75*32.5)=49,4Ω
podríamos utilizar sin problema alguno un trozo de línea de 50Ω, pero luego la desadaptación con el equipo sería, nuevamente, del orden de:
ROE=75Ω/50Ω=1,5
Por lo cual es preferible optar por el primer caso planteado, pues, a igual desadaptación el primer caso es más simple desde el punto de vista constructivo y de pérdida introducida.
Existe otra forma de adaptar que es utilizando el método llamado “cot2θ”, que ha sido simplificado por G3KYH, y que establece una solución del tipo:
Sistema Z1 → θZ2 → θZ1 → Sistema Z2
Dónde θZ2 y θZ1 son trozos de línea de impedancia Z2 y Z1 y largo eléctrico θ grados. La longitud en grados eléctricos θ esta dada por:
cot2θ=Z1/Z2+Z2/Z1+1
Operando obtenemos:
θ=arctg(1/SQR(Z1/Z2+Z2/Z1+1))
Si λ corresponde a 360º entonces, para pasar a longitud física planteamos la siguiente proporción:
λ : 360º :: l : θ
Por lo que
l=λ*θ/360°
Si la adaptación buscada es de 50Ω a 75Ω, reemplazando obtenemos que la longitud θ será 29,33º, o lo que es lo mismo, 0,0815λ
Si la adaptación fuera de 50Ω a 32,5Ω, la longitud θ será 29,25º, o lo que es lo mismo, 0,0813λ, y en este caso podemos obtener un trozo de línea de 32,5Ω a partir de dos trozos de igual longitud de línea de 75Ω en paralelo (fig. 3).
Si λ[m]=300/f[MHz] y la longitud de línea es:
L=l*fv
Dónde fv es el factor de velocidad de la línea utilizada.
Formas de conexionado posibles:
La pregunta es: ¿Vale la pena todo esto?
Personalmente creo que NO, puesto que seguramente las pérdidas producto de los adaptadores y sus empalmes serán mayores a la de la desadaptación.
Entonces, se puede atacar a la antena directamente con la línea de bajada de 50Ω. | |||||||||||||||||||||||||||||||
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Si
quisiéramos adaptar perfectamente la impedancia de 32,5Ω a 50Ω mediante el
empleo de una línea de λ/4, genéricamente una línea “Q”, sería:
