Jugando con antenas

Para todos aquellos que no disponen de mucho espacio o por el contrario les gusta hacerse sus propias antenas, espero que con este artículo les facilite un poco dicha tarea.

Una forma sencilla de construir una antena multibanda y de espacio reducido, es hacerla con bobinas o trampas.

Para empezar, definiremos lo que es una bobina y una trampa.

Llamaremos bobina a un componente pasivo de un circuito electrónico que almacena energía en forma de campo magnético. Dicha bobina está formada por una serie de espiras cuyo destino es producir un flujo magnético que al ser recorrido por una corriente eléctrica, se llama devanado.

El devanado se realiza con alambre o hilo de cobre esmaltado sobre un núcleo de aire o de material ferroso para incrementar su capacidad de magnetismo. Últimamente también se está empleando aluminio para el devanado, material mucho más barato pero que tiene sus inconvenientes.

 

Una trampa es una combinación de una bobina y un condensador formando un circuito resonante para una determinada frecuencia. En dicha frecuencia resonante, se presenta una alta impedancia comportándose como un aislador o interruptor de corte para otras frecuencias, es decir; si hacemos una trampa para una frecuencia de 7Mhz. cuando llegue a esa trampa una frecuencia de 7 Mhz. verá que el sistema radiante termina ahí y por el contrario, cuando a la trampa llegue una frecuencia diferente a 7 Mhz. ignorará dicha trampa y verá el resto de sistema radiante por delante de la trampa de ahí que se diga que será como un aislador o interruptor a la frecuencia de resonancia.

Un ejemplo práctico sería hacer una antena para las bandas de 40 y 80 metros. Sabemos que una antena de media onda para la banda de los 40 metros mide en su totalidad 20 metros y, para la banda de los 80, unos 40 metros por lo que si usamos un dipolo de media onda para los 40, ponemos una trampa de 7 Mhz y prolongamos la antena para los 80 metros, conseguiremos mediante la utilización de la trampa dos cosas principalmente, la primera es que podemos utilizar el mismo dipolo para las dos bandas y la segunda, que dicho dipolo se verá acortado en su longitud siendo éste inferior a los 40 metros totales.

 

Utilizando esa característica conocida ya del funcionamiento de las trampas, ahora solo resta ver como se diseña la misma.

En este caso concreto me decantaré por las trampas coaxiales dado su facilidad de diseño y de componentes a utilizar. Lo primero que nos hará falta es descargarnos el programa Coaxial Trap Design que se encuentra perfectamente en la red.

 

El programa es bien sencillo de manejar, tan solo nos pedirá los siguiente datos:

  • Frecuencia de la trampa.
  • Diámetro de la forma que utilizaremos como soporte.
  • Diámetro del cable coaxial.
  • Capacidad por metro del cable coaxial.

El programa permite seleccionar diferentes tipos de cables coaxiales aunque y dado que posiblemente no acertemos con el que tenemos nosotros y, por si fuera poco, la capacidad por metro del fabricante no sea real, recomiendo comprarse un capacímetro muy económico como el que muestro en la siguiente foto por menos de 16 euros.

 

 

Con este medidor podemos averiguar la capacidad por metro del cable coaxial que utilicemos y así el dato que nos de el programa será más exacto. En el peor de los casos, recomiendo utilizar 93 picos por metro. En cualquier caso, lo mejor es sumar a la medida que nos de el programa unos 8 cms. más y así nos permitirá ajustar sin problema.

Una pregunta que se nos presentará posiblemente y es, que diámetro utilizaremos para la bobina? Sabiendo que cuanto mayor sea el Q de la bobina mayor ancho nos dará lo lógico es hacer una trampa con un Q lo más alto posible. Lo que intentaremos siempre es que el diámetro del núcleo sea mayor que el ancho que ocupa la bobina, de esa forma  conseguiremos siempre un mayor Q en la bobina. Generalmente utilizo un diámetro de 50 mm utilizando tubo de pvc del que se utiliza en fontanería que además es económico. Un claro ejemplo de que no es lo más correcto es como se aprecia en la siguiente foto, cuyo ancho del bobinado es mayor que el diámetro del núcleo.

También podréis observar que el cortocircuito de la bobina lo he realizado por la parte superior de la misma, cosa que se debe de hacer por la parte interior.

Aquí os dejo una imagen de como se debe de hacer el conexionado de la trampa.

Una vez introducido la frecuencia de la trampa, diámetro del núcleo, diámetro del coaxial y capacidad por metro del cable, el programa nos dará el número de vueltas, longitud total de la bobina y longitud total del coaxial a utilizar como valores importantes a la hora de hacer la bobina.

Un ejemplo práctico: queremos hacernos un dipolo para las bandas de 60 metros y 80. Una de las ventajas de utilizar trampas es la de poder utilizar un mismo sistema radiante para varias bandas.

Comencemos aplicando la fórmula de 142,5/ frecuencia de trabajo esto es, 142,5 / 5,3 = 26,8 longitud total del dipolo, es decir; 13,4 metros por rama. Pondremos 13,2 por rama y un rabillo de unos 20 centímetros para ajuste. A continuación ejecutamos el programa Coaxil Trap Design e introducimos los datos que serían.

Frecuencia 5.350

Diámetro del núcleo 5 cms

Diámetro del coaxial 0,490 cms.

Capacidad por metro del coaxial 93 pF

Con todos estos datos el programa nos dice que deberemos de utilizar 198,5 cms de longitud total de cable coaxial pero como dije anteriormente, es preferible añadir unos 10 cms más y si luego hace falta cortar, mejor que no tener que añadir.

Una vez bobinado la trampa comprobamos con el nanoVNA y en mi caso, utilizando el programa nanovna-saver. En la siguiente imagen podemos observar como nos ha quedado la trampa.

Como se puede observar, la máxima atenuación la tenemos en 5,285 con lo que nos valdría perfectamente para que sirva de interruptor para la frecuencia de los 60 metros. La forma de ajustar sería la siguiente: si la frecuencia está por debajo de la deseada, se podría separar un poco las espiras e intentar subirla o, en su defecto, corta un poco de la longitud de la bobina; si por el contrario se nos queda por encima de la frecuencia deseada, posiblemente nos toque hacer otra bobina con mayor longitud de cable.

Una vez terminada de hacer la trampa, la colocaremos a continuación del dipolo de media onda para la banda de 60 metros y pondríamos una longitud para los 80 metros. ¿Que longitud? generalmente empezaremos por acortar un 12 % de la longitud total que sería el dipolo de media onda, es decir; si un dipolo de media onda para los 80 es unos 20 metros, podremos unos 17 metros en total, si ya teníamos puestos 13,2 para los 60 metros, ahora añadiremos unos 4 metros como mucho y empezaremos ajustar el dipolo para que resuene en la parte de 80 que nos interese a nosotros. En mi caso la cosa quedó así.

 

Como se puede observar en la gráfica del nanoVNA, la resonancia perfecta está en 3.636 y 5.256. Se puede ajustar algo más pero en mi caso y para la prueba que deseaba hacer, me vale.

El resultado final de la longitud queda de la siguiente manera, 13,2 hasta la trampa y luego unos 3 metros más para la banda de los 80 con lo que la longitud total del dipolo para las bandas de 60 y 80 metros queda en 16,2 metros por rama respecto a los 20,1 que nos haría falta si no hubiéramos colocado la trampa.

De esta manera nos podemos nosotros mismos diseñar cualquier dipolo multibanda, con materiales fáciles de encontrar y unas mínimas nociones sobre todo el proceso.

Para terminar de hacer nuestras antenas de una manera lógica, lo suyo es alimentar las antenas con un choque para evitar que la malla del coaxial radie y por consiguiente nos provoque problemas, tanto en el cuarto de radio como en la propia antena.

Ahora aprenderemos hacernos un detector de radiofrecuencia con componentes muy sencillos y un choque, componente imprescindible en cualquier antena.

 

 

Detector

En algunas ocasiones se nos puede presentar que tenemos problemas en casa cuando transmitimos, ya sea en nuestro propio equipo como en el ordenador o algún que otro electrodoméstico de la vivienda. En la inmensa mayoría de las ocasiones es provocado por el retorno de radiofrecuencia por el cable coaxial y, por muy poco dinero, nos podremos hacer con un detector que nos mostrará si tenemos retorno por el propio cable.

Aquí os muestro dos esquemas los cuales indican perfectamente, tanto los componentes a utilizar como su disposición.

Como se puede observar, la lista de componentes es muy pequeña, dos condensadores, cuatro diodos de germanio, dos tornillos y un diodo led. Los diodos de germanio son algo complicados de encontrar hoy en día en las tiendas, pero por internet es muy fácil conseguirlos.

Todos estos componentes se pueden montar en un trozo de pvc al cual le colocaremos en sus extremos dos tapas como se puede apreciar en la foto de la derecha.

La forma de utilizarlo es muy simple, se acerca el detector al cable coaxial y colocaremos un dedo sobre el tornillo que hace de masa para aumentar la sensibilidad. Una forma de probarlo si funciona es colocándolo junto a una antena de walky y ponerlo en transmisión como se puede apreciar en la siguiente foto.

 

Choque

Formas de solucionar el retorno de radiofrecuencia por el cable coaxial y sacar el máximo rendimiento a nuestro sistema radiante, sencillo, la colocación de un choque con núcleo de ferrita. ¿Se puede hacer un choque con núcleo de aire? si, pero mi experiencia es que con choque con núcleo de ferrita, me es más cómodo hacerlo y consigo mejores resultados.

Materiales que nos hacen falta para construirnos el choque: un toroide ya sea el T240-31 ó T240-43 Cierto es que  material 31 baja más de frecuencia pero con el 43 yo he conseguido muy buenos resultados, tal y como se mostrará en la gráfica que saqué con el nanoVNA. También nos hará falta cinta de teflón de la que se utiliza en fontanería, una caja de electricidad, un conector zócalo pl, cable coaxial rg-58 y dos tornillos.

Una vez conseguido el toroide lo encintaremos con cinta de teflón. Terminado el proceso de encintar el toroide, procederemos a enrollar vueltas de cable coaxial. Que número de vueltas? todo dependerá de lo que deseemos cubrir y de las características del toroide. En las dos gráficas siguientes que aporta G3TXQ, se puede observar los valores que se obtienen en base al toroide utilizado y el número de vueltas.

 

Aquí unas fotos del proceso de montaje del choque.

En mi caso concreto hice un choque con 18 vueltas todas en el mismo sentido, pues como se puede observar en la siguiente foto, también se pueden cruzar para mayor comodidad a la hora del conexionado.

En esta foto se puede observar que lleva 8 vueltas en un sentido y otras 8 vueltas en sentido contrario.

¿Qué es lo que nos interesa de un choque? De un choque nos interesa dos cosas principalmente, cuanta impedancia presenta ese choque y donde la presenta, es decir; cuantos ohmios de impedancia presenta el choque y para que frecuencia presenta dicha impedancia. Algunos dan por bueno impedancias conseguidas por encima de los 3000 ohmios aunque según otros, los choques buenos deben de presentar impedancias por encima de los 5000 ohmios para catalogarnos como buenos y que nos elimine la I3 que es la corriente de retorno por la malla del coaxial.

Una vez terminado nuestro choque llega la hora de comprobarlo, para lo cual cogeremos nuestro nanoVNA y lo conectaremos los dos puertos a las dos masas del choque, escogeremos la escala de S21GAIN y observaremos los resultados. Realmente lo que pretendemos es medir la impedancia pero nuestro nanoVNA no nos la da directamente para lo cual procederemos a salvar los datos que nos proporcione nuevo nanoVNA y con una aplicación de excell, abriremos el archivo de los datos conseguidos y procederemos a ver el resultado de dicho choque.

En mi caso y como ya muchos conoceréis, yo suelo siempre conectar el nanoVNA al ordenador y con el programa nanovna saver visualizo todos los resultados. El único motivo que me lleva a utilizar dicho programa para el nanoVNA no es otro que la comodidad de lectura de los datos, entre otras ventajas. Para mi todos los valores por encima de 35 dB son perfectamente válidos para evitar los retornos de radiofrecuencia.

Os recuerdo que el nanoVNA debe de estar perfectamente calibrado para cualquier medición que realicemos, pues de lo contrario la medición no será correcta.

Aquí una foto de la gráfica que nos mostrará el nanovna saver.

 

Con el nanoVNA conectado al ordenador, ejecutado el programa nanovna saver, conectamos cada puerto a una malla del choque y salvaremos los datos de la medida en formato S2P. Una vez salvados los datos nos iremos a la Web de EA1DDO, máximo y nos descargaremos la aplicación excell para abrir el fichero guardado con el nanovna saver. El enlace de descarga es el siguiente:  http://www.puertobalsillas.com/radio/Balun_Guanella_4_1/Zplots_Xtra.xlsm

Una vez descargado y ejecutado, habilitaremos la edición y abriremos el fichero que anteriormente hemos guardado.

Desmarcaremos todas las casilla de la izquierda y tan solo dejaremos marcadas la última de abajo, Zcm que corresponde a la impedancia que presenta el choque. si queremos ver en la tabla de excell la gráfica que nos mostraba el nanovna, simplemente deberemos de marcar solo la casilla LogMg dB.

Como se puede apreciar en la gráfica de impedancia, sería un choque perfecto desde los 3,5 Mhz hasta los 10 Mhz.

Con todo esto creo que es información más que de sobra para todo aquel que le guste disfrutar trasteando con antenas, se pueda divertir y disfrutar haciéndose sus propias antenas.

 

PROHIBIDA LA REPRODUCCIÓN TOTAL O PARCIAL SIN AUTORIZACIÓN DEL AUTOR

 

 

 

 

 

Sugerencia

IC-9700 Modo terminal

            La pretensión de este artículo es conseguir de una …

Deja una respuesta

Tu dirección de correo electrónico no será publicada. Los campos obligatorios están marcados con *