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7252019 Enfasando Antenas
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Antenas enfasadas
Julio Isa EA3AIR
La antena Yagi o maacutes teacutecnicamente antena de elementos paraacutesitos es el montaje que permite
una mayor ganancia de antena en funcioacuten del volumen ocupado No vamos a entrar aquiacute en ladiscusioacuten de sus virtudes que son sobradamente conocidas ni en si son mejores loselementos lineales o los cuadros o en delta Sea cual sea su forma el descubrimiento de Yagiha hecho que ese tipo de antena sea la maacutes utilizada con amplia diferencia de cuantas seemplean para conseguir ganancia y directividad
Limitaciones de una Yagi
La antena Yagi de muchos elementos tiene dos limitaciones fundamentales por un lado lalimitacioacuten mecaacutenica de la viga central que soporta a todos los elementos y por otro laslimitaciones de disentildeo
A medida que antildeadimos elementos paraacutesitos nos encontramos con que la viga de soporte debeser cada vez maacutes larga Cuanto maacutes larga es una viga mayor tiene que ser su seccioacuten parasoportar los mayores esfuerzos que debe aguantar En teoriacutea no hay problema con losmateriales actuales para construir vigas de longitudes enormes todos hemos visto lasmaravillas de ingenieriacutea que suponen las grandes obras puacuteblicas pero esas teacutecnicas nopueden aplicarse a la construccioacuten de antenas La maacutexima seccioacuten que puede tener la viga deuna antena Yagi viene limitada por la longitud de onda a que funcione la antena La parte deelemento paraacutesito en contacto con la viga debe ser menor de un 2 de la longitud de onda (λ)ya que si es mayor se compromete el funcionamiento del sistema En 144 MHz esto suponeque la viga debe ser de menos de 4 cm y en frecuencias superiores mucho menor
Se puede recurrir a varios trucos mecaacutenicos para reducir los esfuerzos sobre la viga talescomo los abarcones o los tensores pero esos artilugios soacutelo actuacutean en un plano el vertical La
propia disposicioacuten de los elementos paraacutesitos impide la colocacioacuten de tensores o abarconesque limiten los esfuerzos en sentido horizontal En presencia de fuertes vientos una Yagi muylarga se curvariacutea demasiado pudiendo llegar a romperse
Con estas limitaciones y sin emplear materiales como el titanio o similares el limite de longitudde una Yagi en 144 MHz debe estar sobre los 12 m utilizando los mejores aluminios y unabuena mecaacutenica
El problema de caacutelculo de los elementos de una antena se complica a medida que antildeadimosmaacutes y maacutes elementos Cuando tenemos maacutes de 10 las relaciones entre ellos y de todos con elelemento excitado se vuelven muy complejas Ademaacutes cuando ya se tienen muchoselementos en una antena es necesario antildeadir bastantes maacutes para que la ganancia aumenteapreciablemente
En la figura 1 tenemos una graacutefica de la ganancia teoacuterica de una Yagi en funcioacuten de la longitudde la viga expresada en longitudes de onda Se hace asiacute porque en las antenas Yagi largas elnuacutemero de elementos es de unos 5 por longitud de onda de largo El hecho de que una antenade 3 λ de largo tenga 14 15 o 16 elementos soacutelo modifica el resultado final en una pequentildeafraccioacuten de decibelio siempre que el caacutelculo realizado para construirla sea adecuado Cuandola antena es muy larga los elementos maacutes alejados podemos decir que estaacuten muy deacutebilmenteacoplados al elemento excitado y parece que su eficacia disminuya
La conclusioacuten es bastante loacutegica una vez se tiene una Yagi con suficiente ganancia y cuyasdimensiones resulten manejables es inuacutetil seguir antildeadiendo elementos vale maacutes tomar variasiguales y apilarlas (o ponerlas en fase o hacer una formacioacuten que en castellano seriacutea maacutes
correcto)
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Distancia de separacioacuten
Cuando tratamos de poner antenas una al lado de la otra la primera pregunta es siempre iquestaqueacute distancia una de la otra
Si las colocamos demasiado juntas sus respectivos elementos interaccionaraacuten entre si
disminuyendo el rendimiento de cada antena y disminuiraacute la superficie del frente de onda quequeremos captar por lo que su ganancia final disminuye Si las colocamos demasiadoseparadas estaremos utilizando una gran estructura de soporte sin ninguacuten beneficio Por tantolo loacutegico es utilizar la estructura maacutes pequentildea que permita obtener la maacutexima ganancia delapilamiento
El problema de la separacioacuten tiene dos vertientes
Obtener la maacutexima ganancia posible (+3 dB)
Supresioacuten de loacutebulos laterales
Maacutexima ganancia En la figura 2 tenemos una antena encima de otra a las que llega un frente
de onda electromagneacutetico que queremos recibir Cada antena tiene un loacutebulo de radiacioacutendeterminado (lo suele dar el fabricante y si no hay que calcularlo haciendo mediciones) Si losdos loacutebulos no se solapan como ocurre en la figura 2A cada antena extrae energiacutea de dossuperficies distintas del frente de onda por lo que el total seraacute el doble (o sea 3 dB maacutes) queuna sola Si aumentamos la separacioacuten no ganamos nada ya que no aumentamos la superficiedel frente de onda captado por las antenas (eacutestas no reciben fuera de su loacutebulo de radiacioacuten)
Si ahora juntamos las dos antenas ocurre lo que vemos en la figura 2B las dos superficiescaptadas se solapan Como la energiacutea por unidad de superficie del frente de onda es fija elresultado es una menor superficie de captacioacuten y por tanto menos ganancia total
Para calcular esas superficies se utilizan una foacutermulas empiacutericas Siempre he utilizado las quepublicoacute William I Orr W6SAI en su libro Beam Antenna Handbook
Las foacutermulas del caacutelculo parten de la apertura efectiva de la antena que viene dada por lafoacutermula
A=013G
en la que A es la apertura en λsup2 y G es ganancia de la antena sobre dipolo (en veces no enlogaritmos o decibelios)
A partir de esta foacutermula se puede calcular la altura y anchura de esa apertura efectiva Paraantenas cuya apertura efectiva sea sensiblemente circular y casi todas las antenas Yagi largaslo son ya que sus aacutengulos de radiacioacuten vertical y horizontal suelen ser muy parecidos lafoacutermula que nos da el diaacutemetro de ese ciacuterculo es
D = 2 983223 raiacutez cuadrada de ( Aπ )
siendo D el diaacutemetro del ciacuterculo en k
Si aplicamos las foacutermulas a nuestras tiacutepicas antenas de unos 16 elementos a las quesuponemos unos 13 dB sobre un dipolo (20 veces) tendriacuteamos
A = 013 x 20 = 26 12
y por tanto D = 18 λ
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Expresado en metros para antenas de 144 MHz tendriacuteamos 36 m de separacioacuten que es la quesiempre se da como miacutenima para ese tipo de antenas Para no entrar en plagio no sigocopiando las foacutermulas de W6SAI pero recomiendo su lectura ya que ademaacutes de la separacioacutenpermiten calcular la ganancia efectiva de la antena en base a sus diagramas de radiacioacuten Ademaacutes si los aacutengulos vertical y horizontal del loacutebulo de radiacioacuten son muy diferentes no sirvela foacutermula que he dicho antes y hay que usar otras
Supresioacuten de loacutebulos laterales Hasta ahora soacutelo hemos hablado de los loacutebulos principales yde optimizar la ganancia del loacutebulo principal del apilamiento resultante Sin embargo lamayoriacutea de antenas tienen loacutebulos secundarios y no es seguro lo que va a pasar con elloscuando se apilan varias antenas Pueden aumentar disminuir o aparecer loacutebulos nuevos dondeantes no habiacutea
A los loacutebulos laterales no solemos darles importancia ya que en la mayoriacutea de antenas suelenestar muchos decibelios por debajo del loacutebulo principal Sin embargo al hacer un apilamientopuede ocurrir que esos loacutebulos laterales soacutelo queden 10 dB por debajo del principal Para hacer rebote lunar o en zonas donde el ruido ambiental sea considerable esos loacutebulos lateralespueden ser un engorro ya que captaraacuten ruido de direcciones no deseadas con muy pocaatenuacioacuten
La supresioacuten de loacutebulos laterales soacutelo puede hacerse por tanteo Afortunadamente bastamodificar unos pocos centiacutemetros (en 144 MHz) la separacioacuten entre antenas para obtener resultados bastante espectaculares Normalmente cuando un fabricante da unas dimensionesoacuteptimas para realizar un apilamiento con sus antenas es de suponer que ha tenido en cuentatodos los factores incluido el de los loacutebulos laterales De todas formas es un buen campo parala experimentacioacuten y no es raro oiacuter entre los especialistas enconadas discusiones sobre elresultado de sus experiencias respectivas
Puesta en fase
Hay una gran cantidad de meacutetodos para poner en fase una formacioacuten de antenas
especialmente cuando hay muchas antenas Entre radioaficionados lo maacutes normal es quetodas las antenas sean equivalentes ya que es el sistema que presenta menos dificultades dedisentildeo
Cuando se hace un arneacutes de puesta en fase que haga funcionar a todas las antenas por igualse deben cumplir tres condiciones
1 La longitud de conexioacuten entre el punto comuacuten de la formacioacuten y cualquiera de lasantenas debe ser exactamente la misma
2 El nuacutemero de derivaciones que hay entre el punto comuacuten y la antena debe ser igualpara todas las antenas El sistema maacutes sencillo de hacer derivaciones es que cadarama de la derivacioacuten se lleve la misma parte de la energiacutea que las otras si en una delas derivaciones hubiera conectadas maacutes antenas que en las otras ya no podriacuteamosdecir que todas las antenas son equivalentes las que esteacuten conectadas a esaderivacioacuten recibiraacuten menos energiacutea que las otras
3 Los dipolos deben estar conectados de forma que vistas todas las antenas desde unsitio fijo (por ejemplo por detraacutes) la rama derecha de todos los elementos excitadosesteacute conectada al mismo conductor del arneacutes de alimentacioacuten y el lado izquierdo alotro Cuando se utilizan cables coaxiales el problema se reduce a conectar el central aun lado (siempre el mismo) de todos los elementos excitados y la malla al otro lado detodos los elementos excitados Con liacuteneas de hilos paralelos hay que prestar especialcuidado a este punto ya que es muy faacutecil equivocarse Si se comete un error en estepunto las antenas que queden invertidas estaraacuten en contrafase respecto a las demaacutes yse perderaacuten un montoacuten de decibelios Si el error es simeacutetrico respecto a la estructurade la formacioacuten el resultado seraacute un nulo precisamente en la direccioacuten en que
queremos que deacute la maacutexima ganancia ya que la radiacioacuten en esa direccioacuten se anulatotalmente
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Tipo de arneacutes
En todos los libros aparecen los tiacutepicos adaptadores para dos y cuatro antenas basados en laspropiedades de la liacutenea de transformacioacuten de cuarto de onda En HF y en 50 MHz donde laspeacuterdidas de los cables coaxiales son muy pequentildeas el asunto no tiene mayor importanciapero en 144 MHz y superiores no es una solucioacuten idoacutenea Un transformador de cuarto de onda
funciona con una ROE maacutes o menos eevada seguacuten la transformacioacuten que realice En VHF ysuperiores los cables coaxiales normales tienen peacuterdidas apreciables incluso para longitudescortas Si ademaacutes el cable trabaja con una ROE apreciable esas peacuterdidas se veraacutenincrementadas Otro problema asociado a las liacuteneas de transformacioacuten de λ4 es que hay quecortarlas con mucha precisioacuten a una longitud determinaday en VHF ese es un problemarelativo pero en UHF y superiores unos pocos miliacutemetros pueden hacer que el transformador no funcione adecuadamente
El sistema ideal con cables coaxiales es utilizar un adaptador para dos o cuatro antenas de lasque se venden comercialmente Entre esos adaptadores y las antenas hay que poner longitudes iguales de cable de la misma impedancia que las antenas Por tanto los cablescoaxiales trabajan sin ROE lo que minimiza las peacuterdidas Los adaptadores son en realidadlineas de cuarto de onda realizadas con tubos de cobre y dieleacutectrico de aire de la impedancia
adecuada para efectuar la transformacioacuten Sus peacuterdidas y su longitud son miacutenimas (eldieleacutectrico de aire es el que menos peacuterdidas tiene) por lo que aunque trabaje con ROE nointroduciraacute peacuterdidas apreciables en el sistema
Su funcionamiento es sencilliacutesimo Supongamos que vamos a enfasar dos antenas de 50 Ω(figura 3) Como el coaxial de conexioacuten tambieacuten tiene 50 Ω no realiza transformacioacuten algunapor tanto el adaptador laquoveraquo dos resistencias de 50 Ω en paralelo o sea 25 Ω Al otro extremotendremos la bajada hacia la emisora que suponemos tambieacuten es de 50 Ω Por tanto raiacutez(50x25) = 35 Ω Necesitamos una liacutenea de cuarto de onda de 35 Ω pero como el adaptador estaacute hecho con tubos basta elegir la relacioacuten de diaacutemetros adecuada para conseguir esaimpedancia laquoextrantildearaquo
En el caso de cuatro antenas caben dos posibilidades La primera consiste en colocar todas lasantenas en palelo (125 Ω) y elevar esa impedancia a 50 Ω mediante una liacutenea de 25 Ω Sinembargo esas impedancias tan bajas no son convenientes ya que baja impedancia implicaalta corriente por lo que las peacuterdidas resistivas pueden empezar a ser un problema Es mejor realizar un adaptador que adapte las antenas dos a dos pasando los 25 Ω del caso de dosantenas a 100 Ω mediante una liacutenea de 50 Ω El conector central de la figura 4 laquoveraacuteraquo dosresistencias de 100 Ω en paralelo o sea 50 Ω
Para formaciones maacutes grandes hay que hacer el acoplamiento por grupos de dos o cuatro yluego juntar los diversos grupos
Es evidente que la utilizacioacuten de cables coaxiales es muy praacutectica y queda siempre muy biensujeto todo ya que no hay problema para afirmarlo con cinta adhesiva a los diversos elementos
de la estructura Sin embargo no hay que olvidar que la liacutenea de hilos paralelos sigue siendo elmeacutetodo maacutes econoacutemico de obtener una conexioacuten de bajiacutesimas peacuterdidas precisamente por susbajas peacuterdidas puede trabajar con casi cualquier valor de ROE y puede adaptarse a cualquier impedancia por medio de lo que se denomina adaptador universal que no es maacutes que un trozode la misma liacutenea de hilos paralelos cortocircuitada en su extremo de forma que todo el sistemasea resonante (figura 5) El uacutenico problema que tiene es que es simeacutetrica por lo que paraconectar un cable coaxial habraacute que utilizar un simetrizador Probablemente lo mejor seautilizar un balun de 1 2 onda hecho con el mismo cable coaxial que la bajada Ese tipo debalun realiza una transformacioacuten de impedantildecias de 14 por lo que con cable de 50 Ω habraacuteque buscar un punto de 200 Ω en el adaptador universal Esto se hace moviendo arriba y abajoel punto de conexioacuten
Para hacer una liacutenea de hilos paralelos se puede utilizar alambre de cobre esmaltado de 15 a2 mm de diaacutemetro y realizar unos espaciadores a base de plancha de tefloacuten de 1 m de gruesocortada en rectaacutengulos de 3x1 cm y perforadas con dos agujeros separados 2 cm Para que la
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liacutenea quede bien lo mejor es taladrar todos los separadores a la vez una vez cortados seapilan y se hace la perforacioacuten todos a la vez con la broca adecuada (figura 6) Losseparadores se montan uno cada 25 o 30 cm y la broca empleada para perforarlos debe ter talque el hilo pase con cierta dificultad y los separadores se aguanten solos en su lugar Si estono es posiblelt y los separadores quedan flojos un poco de pegamento haraacute que los hilos sevuelvan rugosos y los separadores queden fijos en su lugar
Este artiacuteculo se publi coacute en el nuacutemero 55 Julio 1988 de CQ Radio Amateur
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Distancia de separacioacuten
Cuando tratamos de poner antenas una al lado de la otra la primera pregunta es siempre iquestaqueacute distancia una de la otra
Si las colocamos demasiado juntas sus respectivos elementos interaccionaraacuten entre si
disminuyendo el rendimiento de cada antena y disminuiraacute la superficie del frente de onda quequeremos captar por lo que su ganancia final disminuye Si las colocamos demasiadoseparadas estaremos utilizando una gran estructura de soporte sin ninguacuten beneficio Por tantolo loacutegico es utilizar la estructura maacutes pequentildea que permita obtener la maacutexima ganancia delapilamiento
El problema de la separacioacuten tiene dos vertientes
Obtener la maacutexima ganancia posible (+3 dB)
Supresioacuten de loacutebulos laterales
Maacutexima ganancia En la figura 2 tenemos una antena encima de otra a las que llega un frente
de onda electromagneacutetico que queremos recibir Cada antena tiene un loacutebulo de radiacioacutendeterminado (lo suele dar el fabricante y si no hay que calcularlo haciendo mediciones) Si losdos loacutebulos no se solapan como ocurre en la figura 2A cada antena extrae energiacutea de dossuperficies distintas del frente de onda por lo que el total seraacute el doble (o sea 3 dB maacutes) queuna sola Si aumentamos la separacioacuten no ganamos nada ya que no aumentamos la superficiedel frente de onda captado por las antenas (eacutestas no reciben fuera de su loacutebulo de radiacioacuten)
Si ahora juntamos las dos antenas ocurre lo que vemos en la figura 2B las dos superficiescaptadas se solapan Como la energiacutea por unidad de superficie del frente de onda es fija elresultado es una menor superficie de captacioacuten y por tanto menos ganancia total
Para calcular esas superficies se utilizan una foacutermulas empiacutericas Siempre he utilizado las quepublicoacute William I Orr W6SAI en su libro Beam Antenna Handbook
Las foacutermulas del caacutelculo parten de la apertura efectiva de la antena que viene dada por lafoacutermula
A=013G
en la que A es la apertura en λsup2 y G es ganancia de la antena sobre dipolo (en veces no enlogaritmos o decibelios)
A partir de esta foacutermula se puede calcular la altura y anchura de esa apertura efectiva Paraantenas cuya apertura efectiva sea sensiblemente circular y casi todas las antenas Yagi largaslo son ya que sus aacutengulos de radiacioacuten vertical y horizontal suelen ser muy parecidos lafoacutermula que nos da el diaacutemetro de ese ciacuterculo es
D = 2 983223 raiacutez cuadrada de ( Aπ )
siendo D el diaacutemetro del ciacuterculo en k
Si aplicamos las foacutermulas a nuestras tiacutepicas antenas de unos 16 elementos a las quesuponemos unos 13 dB sobre un dipolo (20 veces) tendriacuteamos
A = 013 x 20 = 26 12
y por tanto D = 18 λ
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Expresado en metros para antenas de 144 MHz tendriacuteamos 36 m de separacioacuten que es la quesiempre se da como miacutenima para ese tipo de antenas Para no entrar en plagio no sigocopiando las foacutermulas de W6SAI pero recomiendo su lectura ya que ademaacutes de la separacioacutenpermiten calcular la ganancia efectiva de la antena en base a sus diagramas de radiacioacuten Ademaacutes si los aacutengulos vertical y horizontal del loacutebulo de radiacioacuten son muy diferentes no sirvela foacutermula que he dicho antes y hay que usar otras
Supresioacuten de loacutebulos laterales Hasta ahora soacutelo hemos hablado de los loacutebulos principales yde optimizar la ganancia del loacutebulo principal del apilamiento resultante Sin embargo lamayoriacutea de antenas tienen loacutebulos secundarios y no es seguro lo que va a pasar con elloscuando se apilan varias antenas Pueden aumentar disminuir o aparecer loacutebulos nuevos dondeantes no habiacutea
A los loacutebulos laterales no solemos darles importancia ya que en la mayoriacutea de antenas suelenestar muchos decibelios por debajo del loacutebulo principal Sin embargo al hacer un apilamientopuede ocurrir que esos loacutebulos laterales soacutelo queden 10 dB por debajo del principal Para hacer rebote lunar o en zonas donde el ruido ambiental sea considerable esos loacutebulos lateralespueden ser un engorro ya que captaraacuten ruido de direcciones no deseadas con muy pocaatenuacioacuten
La supresioacuten de loacutebulos laterales soacutelo puede hacerse por tanteo Afortunadamente bastamodificar unos pocos centiacutemetros (en 144 MHz) la separacioacuten entre antenas para obtener resultados bastante espectaculares Normalmente cuando un fabricante da unas dimensionesoacuteptimas para realizar un apilamiento con sus antenas es de suponer que ha tenido en cuentatodos los factores incluido el de los loacutebulos laterales De todas formas es un buen campo parala experimentacioacuten y no es raro oiacuter entre los especialistas enconadas discusiones sobre elresultado de sus experiencias respectivas
Puesta en fase
Hay una gran cantidad de meacutetodos para poner en fase una formacioacuten de antenas
especialmente cuando hay muchas antenas Entre radioaficionados lo maacutes normal es quetodas las antenas sean equivalentes ya que es el sistema que presenta menos dificultades dedisentildeo
Cuando se hace un arneacutes de puesta en fase que haga funcionar a todas las antenas por igualse deben cumplir tres condiciones
1 La longitud de conexioacuten entre el punto comuacuten de la formacioacuten y cualquiera de lasantenas debe ser exactamente la misma
2 El nuacutemero de derivaciones que hay entre el punto comuacuten y la antena debe ser igualpara todas las antenas El sistema maacutes sencillo de hacer derivaciones es que cadarama de la derivacioacuten se lleve la misma parte de la energiacutea que las otras si en una delas derivaciones hubiera conectadas maacutes antenas que en las otras ya no podriacuteamosdecir que todas las antenas son equivalentes las que esteacuten conectadas a esaderivacioacuten recibiraacuten menos energiacutea que las otras
3 Los dipolos deben estar conectados de forma que vistas todas las antenas desde unsitio fijo (por ejemplo por detraacutes) la rama derecha de todos los elementos excitadosesteacute conectada al mismo conductor del arneacutes de alimentacioacuten y el lado izquierdo alotro Cuando se utilizan cables coaxiales el problema se reduce a conectar el central aun lado (siempre el mismo) de todos los elementos excitados y la malla al otro lado detodos los elementos excitados Con liacuteneas de hilos paralelos hay que prestar especialcuidado a este punto ya que es muy faacutecil equivocarse Si se comete un error en estepunto las antenas que queden invertidas estaraacuten en contrafase respecto a las demaacutes yse perderaacuten un montoacuten de decibelios Si el error es simeacutetrico respecto a la estructurade la formacioacuten el resultado seraacute un nulo precisamente en la direccioacuten en que
queremos que deacute la maacutexima ganancia ya que la radiacioacuten en esa direccioacuten se anulatotalmente
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Tipo de arneacutes
En todos los libros aparecen los tiacutepicos adaptadores para dos y cuatro antenas basados en laspropiedades de la liacutenea de transformacioacuten de cuarto de onda En HF y en 50 MHz donde laspeacuterdidas de los cables coaxiales son muy pequentildeas el asunto no tiene mayor importanciapero en 144 MHz y superiores no es una solucioacuten idoacutenea Un transformador de cuarto de onda
funciona con una ROE maacutes o menos eevada seguacuten la transformacioacuten que realice En VHF ysuperiores los cables coaxiales normales tienen peacuterdidas apreciables incluso para longitudescortas Si ademaacutes el cable trabaja con una ROE apreciable esas peacuterdidas se veraacutenincrementadas Otro problema asociado a las liacuteneas de transformacioacuten de λ4 es que hay quecortarlas con mucha precisioacuten a una longitud determinaday en VHF ese es un problemarelativo pero en UHF y superiores unos pocos miliacutemetros pueden hacer que el transformador no funcione adecuadamente
El sistema ideal con cables coaxiales es utilizar un adaptador para dos o cuatro antenas de lasque se venden comercialmente Entre esos adaptadores y las antenas hay que poner longitudes iguales de cable de la misma impedancia que las antenas Por tanto los cablescoaxiales trabajan sin ROE lo que minimiza las peacuterdidas Los adaptadores son en realidadlineas de cuarto de onda realizadas con tubos de cobre y dieleacutectrico de aire de la impedancia
adecuada para efectuar la transformacioacuten Sus peacuterdidas y su longitud son miacutenimas (eldieleacutectrico de aire es el que menos peacuterdidas tiene) por lo que aunque trabaje con ROE nointroduciraacute peacuterdidas apreciables en el sistema
Su funcionamiento es sencilliacutesimo Supongamos que vamos a enfasar dos antenas de 50 Ω(figura 3) Como el coaxial de conexioacuten tambieacuten tiene 50 Ω no realiza transformacioacuten algunapor tanto el adaptador laquoveraquo dos resistencias de 50 Ω en paralelo o sea 25 Ω Al otro extremotendremos la bajada hacia la emisora que suponemos tambieacuten es de 50 Ω Por tanto raiacutez(50x25) = 35 Ω Necesitamos una liacutenea de cuarto de onda de 35 Ω pero como el adaptador estaacute hecho con tubos basta elegir la relacioacuten de diaacutemetros adecuada para conseguir esaimpedancia laquoextrantildearaquo
En el caso de cuatro antenas caben dos posibilidades La primera consiste en colocar todas lasantenas en palelo (125 Ω) y elevar esa impedancia a 50 Ω mediante una liacutenea de 25 Ω Sinembargo esas impedancias tan bajas no son convenientes ya que baja impedancia implicaalta corriente por lo que las peacuterdidas resistivas pueden empezar a ser un problema Es mejor realizar un adaptador que adapte las antenas dos a dos pasando los 25 Ω del caso de dosantenas a 100 Ω mediante una liacutenea de 50 Ω El conector central de la figura 4 laquoveraacuteraquo dosresistencias de 100 Ω en paralelo o sea 50 Ω
Para formaciones maacutes grandes hay que hacer el acoplamiento por grupos de dos o cuatro yluego juntar los diversos grupos
Es evidente que la utilizacioacuten de cables coaxiales es muy praacutectica y queda siempre muy biensujeto todo ya que no hay problema para afirmarlo con cinta adhesiva a los diversos elementos
de la estructura Sin embargo no hay que olvidar que la liacutenea de hilos paralelos sigue siendo elmeacutetodo maacutes econoacutemico de obtener una conexioacuten de bajiacutesimas peacuterdidas precisamente por susbajas peacuterdidas puede trabajar con casi cualquier valor de ROE y puede adaptarse a cualquier impedancia por medio de lo que se denomina adaptador universal que no es maacutes que un trozode la misma liacutenea de hilos paralelos cortocircuitada en su extremo de forma que todo el sistemasea resonante (figura 5) El uacutenico problema que tiene es que es simeacutetrica por lo que paraconectar un cable coaxial habraacute que utilizar un simetrizador Probablemente lo mejor seautilizar un balun de 1 2 onda hecho con el mismo cable coaxial que la bajada Ese tipo debalun realiza una transformacioacuten de impedantildecias de 14 por lo que con cable de 50 Ω habraacuteque buscar un punto de 200 Ω en el adaptador universal Esto se hace moviendo arriba y abajoel punto de conexioacuten
Para hacer una liacutenea de hilos paralelos se puede utilizar alambre de cobre esmaltado de 15 a2 mm de diaacutemetro y realizar unos espaciadores a base de plancha de tefloacuten de 1 m de gruesocortada en rectaacutengulos de 3x1 cm y perforadas con dos agujeros separados 2 cm Para que la
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liacutenea quede bien lo mejor es taladrar todos los separadores a la vez una vez cortados seapilan y se hace la perforacioacuten todos a la vez con la broca adecuada (figura 6) Losseparadores se montan uno cada 25 o 30 cm y la broca empleada para perforarlos debe ter talque el hilo pase con cierta dificultad y los separadores se aguanten solos en su lugar Si estono es posiblelt y los separadores quedan flojos un poco de pegamento haraacute que los hilos sevuelvan rugosos y los separadores queden fijos en su lugar
Este artiacuteculo se publi coacute en el nuacutemero 55 Julio 1988 de CQ Radio Amateur
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Expresado en metros para antenas de 144 MHz tendriacuteamos 36 m de separacioacuten que es la quesiempre se da como miacutenima para ese tipo de antenas Para no entrar en plagio no sigocopiando las foacutermulas de W6SAI pero recomiendo su lectura ya que ademaacutes de la separacioacutenpermiten calcular la ganancia efectiva de la antena en base a sus diagramas de radiacioacuten Ademaacutes si los aacutengulos vertical y horizontal del loacutebulo de radiacioacuten son muy diferentes no sirvela foacutermula que he dicho antes y hay que usar otras
Supresioacuten de loacutebulos laterales Hasta ahora soacutelo hemos hablado de los loacutebulos principales yde optimizar la ganancia del loacutebulo principal del apilamiento resultante Sin embargo lamayoriacutea de antenas tienen loacutebulos secundarios y no es seguro lo que va a pasar con elloscuando se apilan varias antenas Pueden aumentar disminuir o aparecer loacutebulos nuevos dondeantes no habiacutea
A los loacutebulos laterales no solemos darles importancia ya que en la mayoriacutea de antenas suelenestar muchos decibelios por debajo del loacutebulo principal Sin embargo al hacer un apilamientopuede ocurrir que esos loacutebulos laterales soacutelo queden 10 dB por debajo del principal Para hacer rebote lunar o en zonas donde el ruido ambiental sea considerable esos loacutebulos lateralespueden ser un engorro ya que captaraacuten ruido de direcciones no deseadas con muy pocaatenuacioacuten
La supresioacuten de loacutebulos laterales soacutelo puede hacerse por tanteo Afortunadamente bastamodificar unos pocos centiacutemetros (en 144 MHz) la separacioacuten entre antenas para obtener resultados bastante espectaculares Normalmente cuando un fabricante da unas dimensionesoacuteptimas para realizar un apilamiento con sus antenas es de suponer que ha tenido en cuentatodos los factores incluido el de los loacutebulos laterales De todas formas es un buen campo parala experimentacioacuten y no es raro oiacuter entre los especialistas enconadas discusiones sobre elresultado de sus experiencias respectivas
Puesta en fase
Hay una gran cantidad de meacutetodos para poner en fase una formacioacuten de antenas
especialmente cuando hay muchas antenas Entre radioaficionados lo maacutes normal es quetodas las antenas sean equivalentes ya que es el sistema que presenta menos dificultades dedisentildeo
Cuando se hace un arneacutes de puesta en fase que haga funcionar a todas las antenas por igualse deben cumplir tres condiciones
1 La longitud de conexioacuten entre el punto comuacuten de la formacioacuten y cualquiera de lasantenas debe ser exactamente la misma
2 El nuacutemero de derivaciones que hay entre el punto comuacuten y la antena debe ser igualpara todas las antenas El sistema maacutes sencillo de hacer derivaciones es que cadarama de la derivacioacuten se lleve la misma parte de la energiacutea que las otras si en una delas derivaciones hubiera conectadas maacutes antenas que en las otras ya no podriacuteamosdecir que todas las antenas son equivalentes las que esteacuten conectadas a esaderivacioacuten recibiraacuten menos energiacutea que las otras
3 Los dipolos deben estar conectados de forma que vistas todas las antenas desde unsitio fijo (por ejemplo por detraacutes) la rama derecha de todos los elementos excitadosesteacute conectada al mismo conductor del arneacutes de alimentacioacuten y el lado izquierdo alotro Cuando se utilizan cables coaxiales el problema se reduce a conectar el central aun lado (siempre el mismo) de todos los elementos excitados y la malla al otro lado detodos los elementos excitados Con liacuteneas de hilos paralelos hay que prestar especialcuidado a este punto ya que es muy faacutecil equivocarse Si se comete un error en estepunto las antenas que queden invertidas estaraacuten en contrafase respecto a las demaacutes yse perderaacuten un montoacuten de decibelios Si el error es simeacutetrico respecto a la estructurade la formacioacuten el resultado seraacute un nulo precisamente en la direccioacuten en que
queremos que deacute la maacutexima ganancia ya que la radiacioacuten en esa direccioacuten se anulatotalmente
7252019 Enfasando Antenas
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Tipo de arneacutes
En todos los libros aparecen los tiacutepicos adaptadores para dos y cuatro antenas basados en laspropiedades de la liacutenea de transformacioacuten de cuarto de onda En HF y en 50 MHz donde laspeacuterdidas de los cables coaxiales son muy pequentildeas el asunto no tiene mayor importanciapero en 144 MHz y superiores no es una solucioacuten idoacutenea Un transformador de cuarto de onda
funciona con una ROE maacutes o menos eevada seguacuten la transformacioacuten que realice En VHF ysuperiores los cables coaxiales normales tienen peacuterdidas apreciables incluso para longitudescortas Si ademaacutes el cable trabaja con una ROE apreciable esas peacuterdidas se veraacutenincrementadas Otro problema asociado a las liacuteneas de transformacioacuten de λ4 es que hay quecortarlas con mucha precisioacuten a una longitud determinaday en VHF ese es un problemarelativo pero en UHF y superiores unos pocos miliacutemetros pueden hacer que el transformador no funcione adecuadamente
El sistema ideal con cables coaxiales es utilizar un adaptador para dos o cuatro antenas de lasque se venden comercialmente Entre esos adaptadores y las antenas hay que poner longitudes iguales de cable de la misma impedancia que las antenas Por tanto los cablescoaxiales trabajan sin ROE lo que minimiza las peacuterdidas Los adaptadores son en realidadlineas de cuarto de onda realizadas con tubos de cobre y dieleacutectrico de aire de la impedancia
adecuada para efectuar la transformacioacuten Sus peacuterdidas y su longitud son miacutenimas (eldieleacutectrico de aire es el que menos peacuterdidas tiene) por lo que aunque trabaje con ROE nointroduciraacute peacuterdidas apreciables en el sistema
Su funcionamiento es sencilliacutesimo Supongamos que vamos a enfasar dos antenas de 50 Ω(figura 3) Como el coaxial de conexioacuten tambieacuten tiene 50 Ω no realiza transformacioacuten algunapor tanto el adaptador laquoveraquo dos resistencias de 50 Ω en paralelo o sea 25 Ω Al otro extremotendremos la bajada hacia la emisora que suponemos tambieacuten es de 50 Ω Por tanto raiacutez(50x25) = 35 Ω Necesitamos una liacutenea de cuarto de onda de 35 Ω pero como el adaptador estaacute hecho con tubos basta elegir la relacioacuten de diaacutemetros adecuada para conseguir esaimpedancia laquoextrantildearaquo
En el caso de cuatro antenas caben dos posibilidades La primera consiste en colocar todas lasantenas en palelo (125 Ω) y elevar esa impedancia a 50 Ω mediante una liacutenea de 25 Ω Sinembargo esas impedancias tan bajas no son convenientes ya que baja impedancia implicaalta corriente por lo que las peacuterdidas resistivas pueden empezar a ser un problema Es mejor realizar un adaptador que adapte las antenas dos a dos pasando los 25 Ω del caso de dosantenas a 100 Ω mediante una liacutenea de 50 Ω El conector central de la figura 4 laquoveraacuteraquo dosresistencias de 100 Ω en paralelo o sea 50 Ω
Para formaciones maacutes grandes hay que hacer el acoplamiento por grupos de dos o cuatro yluego juntar los diversos grupos
Es evidente que la utilizacioacuten de cables coaxiales es muy praacutectica y queda siempre muy biensujeto todo ya que no hay problema para afirmarlo con cinta adhesiva a los diversos elementos
de la estructura Sin embargo no hay que olvidar que la liacutenea de hilos paralelos sigue siendo elmeacutetodo maacutes econoacutemico de obtener una conexioacuten de bajiacutesimas peacuterdidas precisamente por susbajas peacuterdidas puede trabajar con casi cualquier valor de ROE y puede adaptarse a cualquier impedancia por medio de lo que se denomina adaptador universal que no es maacutes que un trozode la misma liacutenea de hilos paralelos cortocircuitada en su extremo de forma que todo el sistemasea resonante (figura 5) El uacutenico problema que tiene es que es simeacutetrica por lo que paraconectar un cable coaxial habraacute que utilizar un simetrizador Probablemente lo mejor seautilizar un balun de 1 2 onda hecho con el mismo cable coaxial que la bajada Ese tipo debalun realiza una transformacioacuten de impedantildecias de 14 por lo que con cable de 50 Ω habraacuteque buscar un punto de 200 Ω en el adaptador universal Esto se hace moviendo arriba y abajoel punto de conexioacuten
Para hacer una liacutenea de hilos paralelos se puede utilizar alambre de cobre esmaltado de 15 a2 mm de diaacutemetro y realizar unos espaciadores a base de plancha de tefloacuten de 1 m de gruesocortada en rectaacutengulos de 3x1 cm y perforadas con dos agujeros separados 2 cm Para que la
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liacutenea quede bien lo mejor es taladrar todos los separadores a la vez una vez cortados seapilan y se hace la perforacioacuten todos a la vez con la broca adecuada (figura 6) Losseparadores se montan uno cada 25 o 30 cm y la broca empleada para perforarlos debe ter talque el hilo pase con cierta dificultad y los separadores se aguanten solos en su lugar Si estono es posiblelt y los separadores quedan flojos un poco de pegamento haraacute que los hilos sevuelvan rugosos y los separadores queden fijos en su lugar
Este artiacuteculo se publi coacute en el nuacutemero 55 Julio 1988 de CQ Radio Amateur
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En todos los libros aparecen los tiacutepicos adaptadores para dos y cuatro antenas basados en laspropiedades de la liacutenea de transformacioacuten de cuarto de onda En HF y en 50 MHz donde laspeacuterdidas de los cables coaxiales son muy pequentildeas el asunto no tiene mayor importanciapero en 144 MHz y superiores no es una solucioacuten idoacutenea Un transformador de cuarto de onda
funciona con una ROE maacutes o menos eevada seguacuten la transformacioacuten que realice En VHF ysuperiores los cables coaxiales normales tienen peacuterdidas apreciables incluso para longitudescortas Si ademaacutes el cable trabaja con una ROE apreciable esas peacuterdidas se veraacutenincrementadas Otro problema asociado a las liacuteneas de transformacioacuten de λ4 es que hay quecortarlas con mucha precisioacuten a una longitud determinaday en VHF ese es un problemarelativo pero en UHF y superiores unos pocos miliacutemetros pueden hacer que el transformador no funcione adecuadamente
El sistema ideal con cables coaxiales es utilizar un adaptador para dos o cuatro antenas de lasque se venden comercialmente Entre esos adaptadores y las antenas hay que poner longitudes iguales de cable de la misma impedancia que las antenas Por tanto los cablescoaxiales trabajan sin ROE lo que minimiza las peacuterdidas Los adaptadores son en realidadlineas de cuarto de onda realizadas con tubos de cobre y dieleacutectrico de aire de la impedancia
adecuada para efectuar la transformacioacuten Sus peacuterdidas y su longitud son miacutenimas (eldieleacutectrico de aire es el que menos peacuterdidas tiene) por lo que aunque trabaje con ROE nointroduciraacute peacuterdidas apreciables en el sistema
Su funcionamiento es sencilliacutesimo Supongamos que vamos a enfasar dos antenas de 50 Ω(figura 3) Como el coaxial de conexioacuten tambieacuten tiene 50 Ω no realiza transformacioacuten algunapor tanto el adaptador laquoveraquo dos resistencias de 50 Ω en paralelo o sea 25 Ω Al otro extremotendremos la bajada hacia la emisora que suponemos tambieacuten es de 50 Ω Por tanto raiacutez(50x25) = 35 Ω Necesitamos una liacutenea de cuarto de onda de 35 Ω pero como el adaptador estaacute hecho con tubos basta elegir la relacioacuten de diaacutemetros adecuada para conseguir esaimpedancia laquoextrantildearaquo
En el caso de cuatro antenas caben dos posibilidades La primera consiste en colocar todas lasantenas en palelo (125 Ω) y elevar esa impedancia a 50 Ω mediante una liacutenea de 25 Ω Sinembargo esas impedancias tan bajas no son convenientes ya que baja impedancia implicaalta corriente por lo que las peacuterdidas resistivas pueden empezar a ser un problema Es mejor realizar un adaptador que adapte las antenas dos a dos pasando los 25 Ω del caso de dosantenas a 100 Ω mediante una liacutenea de 50 Ω El conector central de la figura 4 laquoveraacuteraquo dosresistencias de 100 Ω en paralelo o sea 50 Ω
Para formaciones maacutes grandes hay que hacer el acoplamiento por grupos de dos o cuatro yluego juntar los diversos grupos
Es evidente que la utilizacioacuten de cables coaxiales es muy praacutectica y queda siempre muy biensujeto todo ya que no hay problema para afirmarlo con cinta adhesiva a los diversos elementos
de la estructura Sin embargo no hay que olvidar que la liacutenea de hilos paralelos sigue siendo elmeacutetodo maacutes econoacutemico de obtener una conexioacuten de bajiacutesimas peacuterdidas precisamente por susbajas peacuterdidas puede trabajar con casi cualquier valor de ROE y puede adaptarse a cualquier impedancia por medio de lo que se denomina adaptador universal que no es maacutes que un trozode la misma liacutenea de hilos paralelos cortocircuitada en su extremo de forma que todo el sistemasea resonante (figura 5) El uacutenico problema que tiene es que es simeacutetrica por lo que paraconectar un cable coaxial habraacute que utilizar un simetrizador Probablemente lo mejor seautilizar un balun de 1 2 onda hecho con el mismo cable coaxial que la bajada Ese tipo debalun realiza una transformacioacuten de impedantildecias de 14 por lo que con cable de 50 Ω habraacuteque buscar un punto de 200 Ω en el adaptador universal Esto se hace moviendo arriba y abajoel punto de conexioacuten
Para hacer una liacutenea de hilos paralelos se puede utilizar alambre de cobre esmaltado de 15 a2 mm de diaacutemetro y realizar unos espaciadores a base de plancha de tefloacuten de 1 m de gruesocortada en rectaacutengulos de 3x1 cm y perforadas con dos agujeros separados 2 cm Para que la
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liacutenea quede bien lo mejor es taladrar todos los separadores a la vez una vez cortados seapilan y se hace la perforacioacuten todos a la vez con la broca adecuada (figura 6) Losseparadores se montan uno cada 25 o 30 cm y la broca empleada para perforarlos debe ter talque el hilo pase con cierta dificultad y los separadores se aguanten solos en su lugar Si estono es posiblelt y los separadores quedan flojos un poco de pegamento haraacute que los hilos sevuelvan rugosos y los separadores queden fijos en su lugar
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