Antena direccional simple 10 dB para experimentar, Antena acortada 80 y 40 mts.LU1AVO, www.lu8dbj.com.ar

ANTENA DIRECCIONAL 10 dB GANANCIA PARA EXPERIMENTAR - ESPACIO REDUCIDO

Red de Packet de Radioaficionados BBS: LU8DBJ - WinFBB - Open BCM

Radioaficion

MAR DEL TUYU

PROPUESTA DE UNA ANTENA DIRECCIONAL SIMPLE

Un nuevo sistema direccional que proporciona ganancia elevada en espacio limitado.
Es similar en ciertos aspectos a un cuádrete cúbico, pero tiene una estructura mecánica de mayor ganancia, y facilidades para funcionamiento multibanda sin el empleo de elementos entrelazados.
Este proyecto tiene por objeto de cubrir con alguna estructura sencilla y que proporcionara una ganancia de potencia hasta de 10 dB en la banda de 20 metros y, a ser posible, la de 40 metros.
Una Yagi de espaciado grande de 5 elementos proporcionaría estas ventajas, pero requiere un boom de por lo menos 17 metros de largo en 20 metros y más de 33 metros en 40 metros.
Se realizaron ensayos con elementos cargados inductivamente, pero cuando se intentó utilizar más de tres elementos, la ganancia dejó de aumentar. Se determinoi que hasta las mejores bobinas de carga tienen una resistencia efectiva en r.f. de por lo menos 20 ohms. Aunque la impedancia de alimentación de una antena direccional cargada es aparentemente de unos 45 ohms, y aunque la relación de ondas estacionarias medida con un alimentador de 52 ohms parezca satisfactoria, la realidad es. La impedancia de 45 ohms en el punto de alimentación está constituida por dos componentes:
la resistencia de pérdida de 20 ohms de las bobinas, más la resistencia de radiación de 25 ohms de la antena propiamente dicha.
En otras palabras, se irradia solamente la mitad de la potencia del transmisor. El resto se desperdicia en forma de calor.
Estas cifras se refieren a mediciones efectuadas sobre una antena direccional típica de tres elementos con separación grande. Con espaciado más pequeño y más elementos, la posición empeora todavía. Un conjunto de cinco elementos tiene una resistencia de radiación inferior a 10 ohms. Con 20 ohms de resistencia de pérdida, se desperdician más de dos tercios de la potencia trasmitida.
Parece ser poca la esperanza de lograr la ganancia de potencia deseada siguiendo tales métodos.
Se hicieron pruebas entonces con elementos del tipo cuadro, v.g., los cuadretes Bruce, bi-cuadrado y simple.
Cuando se los emplea con un segundo elemento de tipo similar, adecuadamente faseado, tales configuraciones son capaces de una ganancia de potencia bastante apreciable.
Probablemente sería muy optimista pensar en una ganancia de 10 dB. pero se pueden obtener 8 1/2 dB de ganancia sin muchas dificultades.
Existe, sin embargo, la desventaja de que el ajuste que provee máxima relación delante atras. no coincide con la correspondiente a ganancia máxima.
Un conjunto de dos cuadros plantea también numerosos problemas mecánicos y estructurales.
Las varillas de bambú y el alambre están muy bien para una instalación temporaria, pero la apariencia resultante difícilmente podría considerarse como profesional.
Los problemas a resolver parecen encuadrarse dentro de los siguientes aspectos fundamentales.

Figura 1 Dipolo

Figura 2 - Dipolo en "V"

Figura 3 Dipolos en "V" apilados

Figura 4- Un octavo de onda final de cada elemento se dobla hacia adentro.

lu8dbj - fig. 5 Se ubica reflector detras cada elemento exitado.

Figura 5 - Se ubica un reflector detras de cada elemento exitado.

1) - Determinar una estructura mecánica y ubicar los elementos en el espacio de modo de obtener una realización técnica segura y limpia.
2) - Tratar de disponer las cosas de manera que las posiciones de sintonía correspondientes a máxima ganancia y máxima relación delante-atrás fueran, en lo posible, coincidentes.
3) - Hallar algún medio de proveer ganancia adicional con objeto de lograr una cifra total de 10 dB.
4) - Achatar la sintonía algo aguda y aumentar el ancho de banda mediante el uso de elementos tubulares de diámetro razonable y al mismo tiempo eliminar la madera y los aisladores en puntos de alta tensión, como causantes de pérdidas importantes en tiempo húmedo.
5) - Permitir, en lo posible, el funcionamiento multibanda sin emplear elementos entrelazados.

Teniendo presentes todos estos puntos, parece que el mejor camino fuera construir en el espacio una estructura enteramente nueva partiendo de los principios fundamentales, y prestar consideración especial al ítem 3: mayor ganancia.

Los diagramas muestran cómo comenzó a tomar forma esta antena direccional.

La fig. 1 - es un dipolo ordinario de media onda con su diagrama bi-direccional.

La fig. 2 - muestra un dipolo en "V". Tal disposición, cuando se utiliza con un reflector de construcción similar, proporciona
considerable ganancia de potencia y la relación de delante atrás excede grandemente a lo que se podría obtener con un conjunto normal de dos elementos.

La fig. 3 - muestra dos dipolos en "V" apilados verticalmente y alimentados en fase de modo de proveer ganancia de potencia adicional.

La fig. 4 - muestra el octavo de onda final de cada elemento doblado hacia adentro hasta que se encuentra.
Ahora se puede entregar potencia al cuadro cerrado en un punto único situado ya sea en el tope o en la parte inferior.

La Fig. 5
El próximo paso es colocar una estructura similar, que funcione como reflector, espalda contra espalda con la primera

lu8dbj - fig-6 - Posible metodo de construccion.

Construcción

La fig. 6 - muestra una posible realización constructiva práctica.

Ocho elementos radiales, cada uno de los cuales tiene un octavo de longitud de onda de largo, se disponen simétricamente en dos filas apiladas alrededor de un mástil vertical.

Estos elementos se pueden construir fácilmente con tubo común de duraluminio.

Para mantener una relación de fase correcta entre las dos filas, las puntas de los elementos se unen entre sí con alambres verticales cuya longitud es aproximadamente de un cuarto de longitud de onda.

lu8dbj - alambres verticales que se extienden

FIG.8 - Alambres verticales que extienden abrazando los elementos radiales.

lu8dbj - taco en corto linea chata 30 ohms

FIG.10- Construccion ideal para 10 y 20 mts.El taco se puede insertar en el mastil.

Dos cuadros en angulo recto

FIG.11 - El sistema para una sola banda utiliza un capacitor para sintonizar

Los puntos de derivacion a lo largo de los radiadores permiten seleccionar impedancias de 50 a 600 ohms

Esto ayuda incidentalmente a fijar los elementos contra vibración, y asegura una resistencia muy reducida a la acción del viento.

Resultará evidente en forma inmediata que tal disposición es mucho más efectiva desde el punto de vista estructural que el cuádrete cúbico normal (Antena Cubica).

Debido al efecto de dipolo en "V", la ganancia de potencia es también de 1 a 11/2 dB mejor.

Además, con este tipo de disposición los lóbulos laterales resultan prácticamente inexistentes y el ajuste correspondiente a máxima ganancia coincide muy aproximadamente con el ajuste que da la máxima relación delante-atrás (frente-espalda).

Se observará que la envergadura del conjunto y el espaciado entre los alambres verticales es aproximadamente de 0,175 longitud de onda de manera que puede girar en un círculo de 2,45 m de radio.

Con tal espaciado, la impedancia de alimentación será la cifra muy conveniente de 40/50 ohms según la sintonía y la altura sobre el suelo.

El comportamiento en términos generales resultó satisfactorio luego de varios desarrollos adicionales, para proporcionar métodos más sencillos de alimentación y proveer operación multibanda, algunas de estas modificaciones se ilustran en las figs. 8, 9, 10.

La fig. 10 - en particular habrá de resultar atractiva a quienes dispongan de espacio limitado, por su eficacia no sólo en 20 metros sino también en 40 metros, con un círculo de giro cuyo radio es de 2,45 metros solamente. El taco que en el dibujo aparece tremolando al viento, en la práctica se pasará hacia abajo por dentro del mástil tubular.

Funcionamiento en una sola banda.

Para quienes se interesen solamente en el funcionamiento en una banda, la fig. 11 - muestra otra disposición interesante.
La altura del conjunto se aumenta hasta apenas algo más de un cuarto de longitud de onda, de manera que la resonancia se produzca fuera del extremo inferior de la banda.

El capacitor en serie en el cuadro reflector permite entonces ajustar exactamente para ganancia máxima en cualquier punto situado dentro de la banda.

El capacitor serie en la alimentación del elemento radiador provee un ajuste tendiente a obtener la mínima relación de ondas estacionarias en el alimentador.

Unos puntos de conexión intermedia en las varillas del elemento irradiante, por el estilo de un dispositivo equilibrador en "T", permitirán la selección de una impedancia adecuada para cualquier línea, desde un coaxil hasta una línea abierta de 300 ohms ó 600 ohms.

Versión para una sola banda. Las dimensiones corresponden a 20 metros, pero por supuesto, se pueden convertir para otras bandas.

Para 20 metros:
elementos horizontales: todos de 1/8 de onda de longitud,
2,44-2,64 m.

Alambres verticales: todos de 1/4 de onda de longitud.
Aproximadamente 5,20 m.

La longitud exacta de los alambres verticales se puede ajustar para resonancia y mínima relación de ondas estacionarias en la frecuencia deseada, o se puede recurrir al procedimiento del capacitor serie ilustrado en la fig. 11.

El reflector debe sintonizarse para máxima relación de adelante atrás (frente-espalda).

La manera más fácil de hacerlo es terminar el extremo inferior del cuadro reflector en un taco abierto de alambre y deslizar una barra de cortocircuito a lo largo del taco para mínima radiación hacia atrás.

Esta posición será muy cercana al ajuste para ganancia máxima.

Las ocho varillas radiales se pueden soportar mediante bloques de material aislante o madera dura ordinaria impregnada en cera.

El potencial radiofrecuente es reducido y no se encontrará problemas de pérdidas.

La distancia total alrededor del cuadro irradiante es aproximadamente de una longitud de onda, o sea 150/f.

El desarrollo del cuadro reflector es 5 % más grande debido al alambre extra que constituye el taco.

Es ventajoso cuando se emplea cable coaxil alimentar el cuadro irradiante en la parte superior haciendo pasar el alimentador por dentro del mástil vertical de un cuarto de onda.

Esto proporciona una acción perfecta de balun, y elimina las pérdidas o la deformación del diagrama debidas a la radiación del alimentador, además de ser mucho más satisfactorio que los equilibradores llemados gamma, que son de ajuste crítico y pueden introducir pérdida de potencia.

La radiación es de polarización totalmente horizontal.

Hay una inversión de fase en el centro de cada alambre vertical con intensidad de corriente nula.

Los alambres verticales llenan igual función que los verticales de una "H" acostada y se utilizan solamente para obtener una fase correcta entre los conjuntos superior e inferior.

La construcción en "X" lleva los vientres de corriente a cercana proximidad, y permite la transferencia de potencia al elemento parásito en forma más eficaz que con un cuádrete o una Yagi de 2 elementos.

El comportamiento se parece al de un sistema direccional con todos sus elementos excitados.

Las ventajas principales con respecto a un cuádrete cúbico (Antena Cubica), son las sigruientes:

1) - - No existe un pescante horizontal que deforme el diagrama o absorba energía.
2) - - No hay aisladores en punto de alta tensión para introducir pérdidas.
3) - - Se emplean caños en lugar de alambres para aquellas partes del sistema direccional que transportan la mayor intensidad. Por consiguiente, hay menores pérdidas resistivas.
4) - - Perfecta acción de balun debida al mástil vertical de un cuarto de onda.
No hay sección equilibradora que ajustar. ni radiación de la línea.
5) - - Los elementos tipo "X" tienen "Q" más elevado que un cuarlro en cuádrete y mejoran la ganancia.
6) - - Los elementos en "X" proporcionan mejor relación de adelante atrás.
7) - - Las ventajas mecánicas son evidentes.
8) - - Ángulo de radiación extremadamente reducido cuando se emplea la antena a alturas normales.

ANTENA ACORTADA CON BOBINAS PARA 80 Y 40 MTS CONSTRUIDAS CON CABLE COAXIL RG-58 (04-03-2003)

lu8dbj- antena acortada 80 y 40 mts. LU1AVO

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