Tipos básicos de antenas, descripción y características    

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 TIPOS DE ANTENAS

   Una antena es un dispositivo formado por un conjunto de conductores que, unido a un generador, permite la emisión de ondas de radio frecuencia, o que, conectado a una impedancia, sirve para captar las ondas emitidas por una fuente lejana para este fin existen diferentes tipos:Antena Colectiva:    Antena receptora que, mediante la conveniente amplificación y el uso de distribuidores,  permite su utilización por diversos usuarios.Antena de Cuadro:    Antena de escasa sensibilidad, formada por una bobina de una o varias espiras arrolladas en un cuadro, cuyo funcionamiento bidireccional la hace útil en radiogoniometría.Antena de Reflector o Parabólica:    Antena provista de un reflector metálico, de forma parabólica, esférica o de bocina, que limita las radiaciones a un cierto espacio, concentrando la potencia de las ondas; se utiliza especialmente para la transmisión y recepción vía satélite.Antena Lineal:   La que está constituida por un conductor rectilíneo, generalmente en posición vertical.Antena Multibanda:    La que permite la recepción de ondas cortas en una amplitud de banda que abarca muy diversas frecuencias.Dipolo de Media Onda:    El dipolo de media onda lineal o dipolo simple es una de las antenas más ampliamente utilizadas en frecuencias arriba de 2MHz. En frecuencias abajo de 2 MHz, la longitud física de una antena de media longitud de onda es prohibitiva. Al dipolo de media onda se le refiere por lo general como antena de Hertz.     Una antena de Hertz es una antena resonante. O

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Sea, es un múltiplo de un cuarto de longitud de onda de largo y de circuito abierto en el extremo más lejano. Las ondas estacionarias de voltaje y de corriente existen a lo largo de una antena resonante. 

La figura anterior podemos observar las distribuciones de corriente y voltaje ideales a lo largo de un dipolo de media onda. Cada polo de la antena se ve como una sección abierta de un cuarto de longitud de onda de una linea de transmisión. Por lo tanto en los extremos hay un máximo voltaje y un mínimo de corriente y un mínimo de voltaje y un máximo de corriente en el centro. En consecuencia, suponiendo que el punto de alimentación esta en el centro de la antena, la impedancia de entrada es Eminimo / Imaximo y un valor mínimo. La impedancia en los extremos de la antena de Emaximo / Iminimo y un valor máximo.     La figura siguiente muestra la curva de impedancia para un dipolo de media onda alimentado en el centro. 

    La impedancia varia de un valor máximo en los extremos de aproximadamente 2500 W a un valor mínimo en el punto de alimentación de aproximadamente 73 W (de los cuales entre 68 y 70 W es la impedancia de radiación).

    El patrón de radiación de espacio libre para un dipolo de media onda depende de la localización horizontal o vertical de la antena con relación a la superficie de la tierra.

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    La figura siguiente muestra el patrón de radiación vertical para un dipolo de media onda montado verticalmente. Observese que los dos lóbulos principales que irradian en direcciones opuestas están en ángulo derecho a la antena, los lóbulos no son círculos, se obtienen solo en el caso ideal donde la corriente es constante a todo lo largo de la antena, y esto es inalcanzable en una antena real. 

Antena Yagi:    Antena constituida por varios elementos paralelos y coplanarios, directores, activos y reflectores, utilizada ampliamente en la recepción de señales televisivas. Los elementos directores dirigen el campo eléctrico, los activos radian el campo y los reflectores lo reflejan. (figura siguiente)

    Los elementos no activados se denominan parásitos, la antena yagi puede tener varios elementos activos y varios parásitos. Su ganancia esta dada por: 

G = 10 log n     donde n es el número de elementos por considerar. 

   Para la antena yagi de tres elementos la distancia

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entre el reflector y el activo es de 0.15l , y entre el activo y el director es de 0.11l . Estas distancias de separación entre los elementos son las que proporcionan la óptima ganancia, ya que de otra manera los campos de los elementos interferirían destructivamente entre sí, bajando la ganancia.

    Como se puede observar, este diseño de antena yagi resulta ser de ancho de banda angosto, ya que el elemento dipolar está cortado a una sola frecuencia que generalmente se selecciona en la mitad del ancho de banda de los canales bajos de TV; es decir, del canal 2 al canal 6 (de 50MHz a 86 MHz). Esto resulta ser una desventaja ya que no es posible cubrir varios canales de TV con una misma ganancia seleccionada. Por tal razón se utiliza la denominada antena yagi de banda ancha, la cual puede cubrir varios canales a la vez aunque sacrificando la ganancia.

    En la figura siguiente se muestran los parámetros de diseño x y y, creando la relación x + y = l /4, la ganancia se acentúa alrededor de un solo canal, como se muestra en la figura. 

Para considerar una antena yagi de banda ancha es necesario, entonces, hacer ajustes en las distancia

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entre los elementos para obtener, junto con el ancho de banda deseado, la ganancia óptima. Se recuerda que para un arreglo de antenas en las cuales todos los elementos van alimentados se obtiene mejor ganancia para el denominado "en linea". Como la antena yagi utiliza elementos alimentados y parasitos, es común aumentar el numero de elementos alimentados a 2 o 3; estos dipolos se cortan a la frecuencia media del ancho de banda; generalmente para los canales bajos de televisión da muy buen resultado. En la figura siguiente se proporciona las dimensiones para óptima ganancia de una antena yagi de tres elementos 

 Antenas Prácticas

La elección de la antena a instalar en una situación determinada depende de un gran número de factores. Desde un simple alambre extendido entre las azoteas dos edificios vecinos hasta complejas estructuras sobre una torre giratoria, las configuraciones posibles son muy numerosas, y el aficionado debe escoger la que más se acomode a sus posibilidades y necesidades. En los edificios urbanos, donde frecuentemente el espacio es restringido, el trabajo en HF puede iniciarse con una antena vertical con algunos «radiales» como plano de tierra, que puede proporcionar buenos contactos, aunque las antenas de este tipo son susceptibles de

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captar más ruido eléctrico ambiental que los dipolos horizontales. En VHF y UHF, ha de ser generalmente factible hallar en un edificio un punto donde instalar una antena vertical eficaz o incluso una pequeña directiva con un rotor al extremo de un mástil.

La antena dipolo de 1/2 onda. Desde el punto de vista eléctrico y considerando la fiabilidad de predicción de su comportamiento, la facilidad en procurarse los materiales necesarios y su economía, la antena dipolo de media onda alimentada por el centro es la opción que debería considerar en primer lugar el radioaficionado aprendiz.

Una antena horizontal de media onda, despejada y elevada por lo menos un 1/4 de onda sobre cualquier obstáculo, proporciona buena cobertura para distancias cortas y medias y es capaz de dar alguna agradable sorpresa en distancias largas. La longitud total de una antena dipolo de hilo es algo menor que la correspondiente a la media onda en el aire debido al efecto puntas de los conductores (capacidad del hilo más los aisladores extremos). Así pues, una antena para la frecuencia de 21,175 MHz (centro del segmento de fonía para EC) debería tener unos 6,85 m. Un dipolo del mismo tipo para el segmento de CW de la banda de 40 metros (7,025 MHz) mide 20,64 m. Las medidas anteriores son válidas suponiendo que el diámetro del conductor empleado es muy reducido comparado con la longitud de la onda a radiar. Si el conductor de la antena es grueso se debe aplicar un factor de reducción. El diagrama de radiación vertical de un dipolo depende grandemente de su distancia al suelo y de las características de éste, lo cual explica en parte las enormes diferencias de comportamiento de antenas aparentemente iguales, situadas en lugares distintos.  La Antena Vertical de 1/4 de OndaEl más conocido dipolo asimétrico es la antena de cuarto de onda con plano de tierra artificial, conocida como ground plane. El plano de tierra se simula mediante varios «radiales» de un cuarto de onda

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extendidos por debajo del elemento radiante vertical y conectados a la malla del cable de alimentación. La práctica demuestra que en HF 30 o 40 radiales de un 1/4 de onda y separados del suelo proporcionan excelentes resultados. En VHF y UHF, donde por lo general las antenas verticales se instalan a cierta altura sobre el suelo, el número de radiales puede ser mucho más reducido. Con los radiales en ángulo recto respecto al elemento radiante, la impedancia de la antena es de 36 ohmios. A medida que los radiales forman un ángulo más obtuso respecto al elemento radiante, la impedancia del sistema aumenta. La antena vertical mínima debe tener un 1/4 de onda eléctrico, lo que no significa que tenga la longitud física de una cuarta parte de la longitud de la onda a transmitir. La longitud física de una antena autorresonante para las bandas de onda más larga -y especialmente en la banda de 160 metros-, puede ocasionar problemas mecánicos para su sustentación de modo que, en general, se la hace menor a la teórica de 1/4 de onda y aún funciona bastante bien. Las antenas verticales cortas se «alargan» artificialmente bien añadiéndoles una inductancia en la base o una capacidad en el extremo superior.El Dipolo en V InvertidaCuando el espacio disponible no permite extender el dipolo horizontalmente en toda su longitud, se puede adoptar la configuración de las antenas dipolo en V invertida, que son una buena solución y que presenta incluso algunas ventajas frente al dipolo horizontal. Esta antena se instala utilizando un solo mástil, que la sustenta por su centro o suspendida de una driza. Con un ángulo de 90º entre las ramas en el vértice, esta antena presenta un diagrama de radiación prácticamente omnidireccional, ángulos de salida bajos y una impedancia próxima a los 50 ohmios, que la hace apta para ser alimentada con cable coaxial.Antenas para Espacios ReducidosPara las bandas de 80 y 160 metros, en muchas ocasiones no es materialmente posible extender un dipolo de media onda. Es preciso entonces, tratar de acomodar las ramas de la antena al espacio disponible,

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doblándolas en el plano horizontal o decidirse por una antena vertical. Combinando varios procedimientos es posible construir antenas cuya longitud física sea la mitad o aún menos de la que teóricamente le correspondería y aún así ser muy eficientes. No es infrecuente, por ejemplo, ver antenas dipolo rígidas para la banda de 40 metros cuya longitud total no supera los 10 m. Con todo, no hay que olvidar que cualquier reducción de tamaño de una antena comporta inevitablemente una reducción del ancho de banda útil, así como un descenso del rendimiento total debido, entre otras cosas, a las pérdidas acumuladas en los elementos añadidos.Antenas Cortas con InductanciasUno de los procedimientos usuales para «alargar» eléctricamente las antenas comporta el uso de inductancias en sus ramas. El cálculo del valor y posición de esas inductancias es bastante complicado para hacerlo manualmente por lo que deben usarse programas de ordenador que lo resuelven con buena exactitud. No es válida la simplificación de acortar la antena simplemente arrollando el exceso de hilo sobre un soporte cualquiera formando una bobina; la inductancia necesaria de esa bobina depende de la posición que ocupe sobre el dipolo y de la longitud total de éste, así que sería sólo casualidad acertar con todas las variables.Antenas Cortas con Cargas LinealesOtro método de reducir la longitud física de las antenas, manteniendo la resonancia y ofreciendo una resistencia de radiación conveniente y bajas pérdidas, es el uso de las llamadas cargas lineales, consistentes en plegar sobre sí mismo parte del conductor de la antena; el cálculo de las dimensiones de esa configuración es muy complejo y debe realizarse con la ayuda de un programa de ordenador.Antenas Cortas con Carga CapacitivaUn tercer procedimiento para «alargar» artificialmente una antena es añadir capacidad al extremo de la misma. Esta capacidad está compuesta por lo general por una red de conductores (cruz, polígono, etc.) conectada al extremo del conductor que se quiere

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alargar eléctricamente. Un medio para añadir carga capacitiva a un mástil radiante vertical es utilizar una sección de los vientos superiores, que se conectan eléctricamente al vértice del mástil, formando las aristas de un polígono cónico. Si la reducción de longitud es considerable, una antena de ese tipo presenta una baja resistencia de radiación, que complica asimismo el problema de las pérdidas del sistema de tierra.Antenas Dipolos MultibandaUn dipolo resuena, además de en su frecuencia natural, a frecuencias múltiplos de aquella; a ciertas frecuencias, la impedancia en el punto de alimentación hace que la ROE resultante sea muy elevada. Es posible, sin embargo, hacer resonar una antena en varias bandas manteniendo su impedancia en valores próximos a la del cable coaxial haciendo uso de «trampas» de onda, que dividen eléctricamente la antena en varios tramos, cada uno de los cuales, añadido al anterior, hace resonar a la antena en una banda determinada. Las trampas de onda actuan prácticamente como un interruptor a su frecuencia, aislando las secciones subsiguientes de la antena. A una frecuencia inferior, la tranpa presenta reactancia inductiva, alargando así eléctricamente la rama. Es posible combinar los distintos valores de forma que la antena resuene en dos o más bandas con una impedancia adecuada para ser alimentada con cable coaxial. Una popular antena de ese tipo es el dipolo para dos bandas (típicamente para 80 y 40 metros) que desarrolló W3DZZ hace ya muchos años. En el número 180 (diciembre 1998) de CQ Radio Amateur y en su página 24 se incluye un excelente artículo de G. Murphy, VE3ERP, que ofrece varias antenas multibandas con trampas LC, ya resueltas. Otra popular antena multibanda es la desarrollada por John Varney, G5RV, de la cual se han desarrollado varias versiones, cortas y largas, que no es difícil de construir y debería ser ensayada por todo radioaficionado.  Antenas para VHF y UHF

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Dada la menor longitud de onda de las señales de VHF y UHF, las dimensiones de las antenas básicas (dipolo, vertical con plano de tierra, etc.) son proporcionalmente menores y por ello mismo en esas bandas son posibles formaciones de mayor ganancia, con múltiples elementos, que resultarían inviables en las bandas decamétricas.Antenas Verticales para V-UHFUna sencilla antena vertical de 1/4 de onda con plano de tierra artificial puede proporcionar buenos resultados en un entorno urbano. Inclinando los radiales hacia abajo se logra rebajar el ángulo de radiación y elevar la impedancia hasta los 50 ohmios convenientes para alimentarla con cable coaxial. Combinando varias antenas verticales con sus elementos «en línea» se obtiene la antena denominada colineal, con la que se logran mayores prestaciones al concentrar la energía en un menor ángulo vertical, de forma que no se desperdicia energía hacia lo alto. Comercialmente se ofrecen antenas de este tipo que resultan prácticas y convenientes de instalar, tanto en situaciones fijas como sobre un vehículo. La comunicación en VHF o UHF a través de repetidores (analógicos o digitales) se efectúa exclusivamente en FM y utilizando polarización vertical, por lo que las antenas verticales omnidireccionales ofrecen una excelente solución para repetidores relativamente cercanos.Antenas Direccionales para V-UHFCuando se desea incrementar el alcance de la estación en VHF o UHF es necesario optar por una antena direccional, fija o acoplada a un rotor. Dadas las dimensiones relativamente reducidas de estas antenas, incluso con múltiples elementos, es factible mejorar sustancialmente el alcance de un equipo sin necesidad de apelar a amplificadores utilizando antenas direccionales.

Aspectos Legales de la Instalación de AntenasEl Reglamento de Radioaficionados, la Ley de Antenas, La Ley de Ordenación de Comunicaciones y la jurisprudencia sobre el tema amparan el derecho de todo radioaficionado con licencia a instalar y utilizar un

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sistema de antenas adecuado. Las comunidades de vecinos o los propietarios de fincas arrendadas no pueden oponerse a la instalación de una antena de radioaficionado en la zona comunitaria sin mediar razones muy especiales. Son numerosas las sentencias firmes dictadas en contra de comunidades de vecinos que trataron de impedir ese derecho. Sin embargo, la instalación de la antena debe adecuarse a unos requisitos técnicos que es preciso cumplir para que pueda ser aprobada por la Inspección de Telecomunicaciones y beneficiarse así de la protección legal.ConclusiónLa elección de la antena más adecuada es un compromiso entre multitud de factores, entre los que destaca el tipo de comunicaciones que desee practicar. Estudie atentamente su caso particular, pida la opinión de algunos colegas expertos y esboce un proyecto de lo que crea oportuno instalar. No desaproveche cualquier ocasión para construir y ensayar personalmente alguna antena sencilla de hilo; la experiencia ganada con la experimentación es irreemplazable y, aunque inicialmente algún montaje no proporcione los resultados esperados, merece la pena tratar de insistir en ello.

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La "Tunrstile" que es la mostrada en el punto (a). Esencialmente tiene dos partes radiantes con una longitud de media onda desfasadas 90º y puestas en fases de cuadratura. Esta alimentada por un sistema de alimentación de líneas de transmisión. Cuando corrientes iguales son usadas en dos radiadores, el diagrama direcciones en el plano horizontal es un circulo deformado que va tendiendo a un cuadrado. La separación vertical entre elementos apilados es de media onda. La antena Turnstile esta adaptada para el uso de una banda de transmisión por el empleo de conductores largos y un cuidado extremo de todos los detalles.

Una sección cruzada de dicha antena esta mostrada en la figura (B) donde se ve una antena usada en el Empire State, donde los conductores con diámetros de un cigarrillo y las partes adyacentes centradas son superficies de revoluciones sobre las líneas AC y BD. Líneas separadas de transmisión son proveídas en F para cada uno de los cuatro radiadores.

La figura (C) es un "Aldorf Loop" que es en forma de 12

cuadrado, donde el largo de cuyo vértice es una cuestión de diseño, pero por propósitos descriptivos puede ser tomado por aproximadamente un tercio de longitud de onda. La corriente es entregada como se muestra en la figura, las corrientes en los cuatro radiadores son iguales en magnitud y parecidas en fase como se muestra en las flechas del diagrama. En apilamiento en un espacio vertical se usa una distancia de media onda.

La figura (d) muestra una antena circular que también se llama antena de loop. Los dos conductores circulares radiantes están eléctricamente rotos en B por un condensador plano paralelo sin perdida de continuidad mecánica y de fuerza, toda la construcción es capaz de ser soportada desde el punto A. El circulo mas bajo esta roto en C, de donde el sistema es alimentado en la forma de "Folded Dipole" (Dipolo Doblado) el "largo eléctrico" de la circunferencia (Tomando en cuenta la carga capacitiva de B) es de media onda. Físicamente la circunferencia es menos que esto. Esta antena esta enganchada a un mástil en el punto A y por lo tanto metálicamente a tierra. El mástil esta dentro de la circunferencia. La forma direcciones horizontal es elíptica, la máxima diferencia en campo de fuerza es un poco menos que 2 db. Cuando estas unidades están apiladas en vertical el espacio entre ellas es de una longitud de onda.

La antena "Coverleaf"esta mostrada en la figura (e). Esta consiste en una torre de estructura metálica delgada. En el centro hay un conductor que junto con la torre misma forman un sistema de transmisión coaxial. Las "Hojas" radiantes están agarradas como se muestra en la figura, formando una circunferencia horizontal compuesta. El largo de cada uno de estos conductores el de aproximadamente 0.4 de longitud de onda. En apilamientos se usan intervalos de media longitud de onda. El diagrama horizontal prácticamente circular.

La antena Cohete que se muestra en la figura (f), es un

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cilindro vertical cerrado metálicamente en sus dos extremos, pero tiene una grieta abierta en un elemento del cilindro como muestra la figura (slot), Esta alimentado como se muestra en el lugar donde se ve un corte en el cilindro estableciendo un voltaje a través de la grieta. La antena tiene un efecto externo como una distribución vertical de circunferencias horizontales. Las unidades apiladas son puestas muy juntas. El diámetro es mas o menos que media longitud de onda.

La figura (g) es una antena de circunferencia horizontal que tiene un particular sistema de alimentación coaxial.

 

La antena logarítmica consiste en una red de dipolos que tienen dimensiones y espaciados que varían en

progresión geométrica. En lugares en donde el campo es relativamente elevado o también en servicio móvil, la antena logarítmica puede proporcionar una elección de señal que ningún otro tipo de antena será capaz de

conseguir.

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Distribución De Corriente En Una Antena

    Una antena, al ser un elemento de un circuito, tendrá una distribución de corrientes sobre ella misma. Esta distribución dependerá de la longitud que tenga la antena y del punto de alimentación de la misma.

    Una onda estacionaria es una onda que se crea cuando una señal se está propagando por un medio de transmisión y es reflejada por culpa de una mala adaptación o por culpa de un final de línea.

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    Supongamos primero que tenemos una línea acabada en circuito abierto y alimentada en uno de sus extremos.

 

    En el momento de alimentar a esta línea de transmisión con una señal senoidal, se crea una onda que se propaga por la línea.

    Esta señal se irá repitiendo cada longitud de onda landa (una longitud de onda y no media longitud de onda) ya que es una señal senoidal y es periódica. Esto provoca que ahora tengamos una distribución de corrientes que no es constante y que varía en función de la longitud de onda landa.

    En la siguiente figura podemos ver una representación gráfica de como quedaría una distribución de corrientes en la línea que estamos tratando.

    Una vez que la onda llega al final de la línea, esta es reflejada al no poder continuar su camino, volviendo hacia el generador. Esta onda reflejada tiene un desfase de 90º respecto de la onda incidente, por lo que al sumarse con la onda incidente, tendremos puntos en donde la suma de un máximo y en donde de un mínimo. Esta suma de las dos ondas es la onda estacionaria que estamos buscando.

    Si en vez de estar acabada la línea en circuito abierto, estuviera acabada en corto circuito, también se reflejaría la onda, pero en vez de estar desfasada 90º, estaría desfasada 180º. También se sumaría a la onda incidente y lógicamente también creará la onda estacionaria.

    En la figura anterior observamos como quedan la onda incidente, la reflejada y la estacionaria en la línea de transmisión que estamos tratando.

    Esta es la onda estacionaria que se crea en la línea. Para entenderlo mejor se suele representar el módulo de la intensidad, que sería lo que mediría un medidor de corriente de RF, y la tensión en la misma línea.

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    Una cosa que no se ha comentado, pero que es muy importante, es la posición de los máximos y de los mínimos de una onda estacionaria.

    Al estar acabada la línea en un circuito abierto, en ese punto no podrá desplazarse la corriente, luego el módulo de la corriente en el extremo de la línea tendrá un mínimo. Por la misma razón, la tensión en ese punto tendrá un máximo, ya que hay máxima concentración de energía.

    Al ir variando la tensión y la intensidad en la línea, la impedancia también irá variando. Este detalle es importante puesto que una vez que tengamos diseñada nuestra antena, dependiendo del punto en el que la alimentemos, tendremos distinta impedancia. Así por ejemplo, si tenemos un cable de 50 ohmios para alimentar una antena, nos interesará alimentarla por un punto que presente impedancia cercana a 50 ohmios para tener las mínimas perdidas por desacoplo de impedancias.

    Como podemos ver en la imagen anterior, el módulo de la corriente en la línea se repite cada media longitud de onda, que es la distancia que se utiliza para diseñar antenas. Pero, ¿por qué se utiliza esa longitud y no otra?.

    En realidad hay muchos tipos de antenas y cada una utiliza una parte distinta de la longitud de onda, así que dependiendo de la aplicación que queramos, del tipo de antena que queramos utilizar y de más factores (espacio, ... ) utilizaremos una medida u otra.

    Vamos a ver que ocurre cuando modificamos un poco nuestra línea de transmisión que estamos tratando. Vamos a suponer que alimentamos en un punto cualquiera y que tenemos creada una onda estacionaria en ella.

    En la siguiente figura tenemos representado de forma esquemática como quedará esa onda en nuestra línea, en donde se indica con flechas el sentido de las corrientes.

    Sin meterse en cuestiones físicas, si una corriente circula por un conductor, creará un campo eléctrico y magnético en sus alrededores. Luego nuestra corriente creará un

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campo eléctrico y magnético, pero como supondremos que la distancia entre los dos conductores que forman nuestra línea (S) es pequeña, no se creará una onda que se propaga, puesto que la contribución que presenta el conductor superior se anulará con la que presenta el conductor inferior.

    Pero si separamos en un punto los dos conductores, los campos que crean las corrientes ya no se anularán entre si, si no que se creará un campo eléctrico y magnético que formará una onda que se podrá propagar por el espacio.

    Según esto, dependiendo del punto desde el que separemos el conductor, tendremos una longitud en los elementos radiantes (H) variable. Al variar esta longitud, la distribución de corriente variará, y lógicamente la onda que se creará y se propagará.

    Hay que seguir observando que en los extremos seguimos teniendo un mínimo de corriente y que continúa repitiéndose cada media longitud de onda. Luego ahora podemos ver de forma gráfica, que si suponemos que nuestra antena son solo los elementos radiantes y que el punto en el que los hemos separado es el punto de alimentación de la antena, el módulo de la intensidad en el punto de alimentación varía y lógicamente, también varía la impedancia que presenta la antena.

    Veamos como se distribuye la corriente en función de la longitud de la antena (H) y su diagrama de radiación en la siguiente tabla. En ella se indica el ancho de haz a -3 dB, la directividad (D), la resistencia de radiación en el punto de máxima corriente (Rrm) y la resistencia en el punto de alimentación de la antena (Rre).

    Como podemos ver, no por tener una antena más larga logramos radiar mejor, lo único que conseguimos es variar el diagrama de radiación y la impedancia que presenta.

    En esta tabla vemos que una antena vertical de 5/8 longitudes de onda es una de las mejores, de las representadas, para hacer contactos a larga distancia (DX) puesto que es la que tiene el lóbulo de radiación más bajo y

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es la que presenta la directividad más pronunciada. Esta directividad nos indica que presenta una mayor ganancia en la dirección de propagación que se observa en el diagrama de radiación.

2. Parámetros generales de una antena

    Una antena va a formar parte de un sistema, por lo que tenemos que definir parámetros que la describan y nos permita evaluar el efecto que va a producir sobre nuestro sistema.

Impedancia

    Una antena se tendrá que conectar a un transmisor y deberá radiar el máximo de potencia posible con un mínimo de perdidas. Se deberá adaptar la antena al transmisor para una máxima transferencia de potencia, que se suele hacer a través de una línea de transmisión. Esta línea también influirá en la adaptación, debiéndose considerar su impedancia característica, atenuación y longitud.

    Como el transmisor producirá corrientes y campos, a la entrada de la antena se puede definir la impedancia de entrada mediante la relación tensión-corriente en ese punto. Esta impedancia poseerá una parte real Re(w) y una parte imaginaria Ri(w), dependientes de la frecuencia.

    Si a una frecuencia una antena no presenta parte imaginaria en su impedancia Ri(w)=0, entonces diremos que esa antena está resonando a esa frecuencia.

    Normalmente usaremos una antena a su frecuencia de resonancia, que es cuando mejor se comporta, luego a partir de ahora no hablaremos de la parte imaginaria de la impedancia de la antena, si no que hablaremos de la resistencia de entrada a la antena Re. Lógicamente esta resistencia también dependerá de la frecuencia.

    Esta resistencia de entrada se puede descomponer en dos resistencias, la resistencia de radiación (Rr) y la resistencia de pérdidas (RL). Se define la resistencia de radiación como una resistencia que disiparía en forma de calor la misma potencia que radiaría la antena. La antena

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por estar compuesta por conductores tendrá unas pérdidas en ellos. Estar pérdidas son las que definen la resistencia de pérdidas en la antena.

    Como nos interesa que una antena esté resonando para que la parte imaginaria de la antena sea cero. Esto es necesario para evitar tener que aplicar corrientes excesivas, que lo único que hacen es producir grandes pérdidas.

Veamos este ejemplo:

    Queremos hacer una transmisión en onda media radiando 10 KW con una antena que presenta una impedancia de entrada Ze = 50 - j100 ohmios.

Si aplicamos las fórmulas P = |I|2 x Real[Ze] = |I|2 = P / Real[Ze]

Obtenemos que |I| = 14.14 A.

Si ahora aplicamos la ley de Ohm

|V| = |I| x |Ze| = 14.14 x (50 - j100) = 14.14 x 111.8 = 1580.9 V.

    Si ahora logramos hacer que resuene la antena, tendremos que la impedancia de entrada no tendrá parte imaginaria, luego Ze = 50 ohmios. Aplicando las mismas fórmulas de antes obtenemos que la intensidad que necesitamos es la misma

|I| = 14.14 A, pero vemos que ahora la tensión necesaria es |V| = 707 V.

    Con este pequeño ejemplo vemos que hemos ahorrado más de la mitad de tensión teniendo la antena resonando que si no la tenemos. No se ha dicho, pero se ha supuesto que la parte real de la impedancia de entrada de la antena no varía en función de la frecuencia.

Eficiencia

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    Relacionado con la impedancia de la antena tenemos la eficiencia de radiación y la eficiencia de reflexión. Estas dos eficiencias nos indicarán una, cuanto de buena es una antena emitiendo señal, y otra, cuanto de bien está adaptada una antena a una línea de transmisión.

La Eficiencia de Radiación se define como la relación entre la potencia radiada por la antena y la potencia que se entrega a la misma antena. Como la potencia está relacionada con la resistencia de la antena, podemos volver a definir la Eficiencia de Radiación como la relación entre la Resistencia de radiación y la Resistencia de la antena:

    La Eficiencia de Adaptación o Eficiencia de Reflexión es la relación entre la potencia que le llega a la antena y la

potencia que se le aplica a ella. Esta eficiencia dependerá mucho de la impedancia que presente la línea de

transmisión y de la impedancia de entrada a la antena, luego se puede volver a definir la Eficiencia de Reflexión como 1 - módulo del Coeficiente de reflexión2 , siendo el

coeficiente de reflexión el cociente entre la diferencia de la impedancia de la antena y la impedancia de la línea de

transmisión, y la suma de las mismas impedancias.

Eficiencia de Reflexión = 1 - (Coeficiente de Reflexión)2 , donde

    Algunas veces se define la Eficiencia Total, siendo esta el producto entre la Eficiencia de Radiación y la Eficiencia de Reflexión.

Eficiencia Total = Eficiencia de Radiación x Eficiencia de Reflexión

    Otra forma de calcular la eficiencia de una antena es utilizando la figura siguiente, en la que se muestra un circuito equivalente eléctrico simplificado para una antena.

    Parte de la potencia de entrada se disipa en las resistencias efectivas (resistencia de tierra, dieléctricos imperfectos, etc.) y la restante se irradia. El total de la potencia de la antena es la suma de las potencias disipada

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y radiada. En términos de resistencia y corriente, la eficiencia es:

donde:

n = eficiencia de la antena

i = corriente de la antena

Rr = resistencia de radiación

Re = resistencia de la antena efectiva

Patrón de Radiación

    En algunas circunstancias es necesario la representación gráfica de la fase del campo eléctrico. Esta representación recibe el nombre de Diagrama de Fase o Patrón de Radiación.

    Un patrón de radiación es un diagrama polar o gráfica que representa las intensidades de los campos o las densidades de potencia en varias posiciones angulares en relación con una antena. Si el patrón de radiación se traza en términos de la intensidad del campo eléctrico (E) o de la densidad de potencia (P), se llama patrón de radiación absoluto. Si se traza la intensidad del campo o la densidad de potencia en relación al valor en un punto de referencia, se llama patrón de radiación relativo.

Algunas veces no nos interesa el diagrama de radiación en tres dimensiones, al no poder hacerse mediciones exactas sobre el. Lo que se suele hacer es un corte en el diagrama de radiación en tres dimensiones para pasarlo a dos dimensiones. Este tipo de diagrama es el más habitual ya que es más fácil de medir y de interpretar.

Campos Cercanos y Lejanos

    El campo de radiación que se encuentra cerca de una antena no es igual que el campo de radiación que se encuentra a gran distancia. El termino campo cercano se refiere al patrón de campo que esta cerca de la antena, y el termino campo lejano se refiere al patrón de campo que

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está a gran distancia. Durante la mitad del ciclo, la potencia se irradia desde una antena, en donde parte de la potencia se guarda temporalmente en el campo cercano. Durante la segunda mitad del ciclo, la potencia que esta en el campo cercano regresa a la antena. Esta acción es similar a la forma en que un inductor guarda y suelta energía. Por tanto, el campo cercano se llama a veces campo de inducción. La potencia que alcanza el campo lejano continua irradiando lejos y nunca regresa a la antena por lo tanto el campo lejano se llama campo de radiación. La potencia de radiación, por lo general es la mas importante de las dos-, por consiguiente, los patrones de radiación de la antena, por lo regular se dan para el campo lejano. El campo cercano se define como el área dentro de una distancia D2/l de la antena, en donde l es la longitud de onda y D el diámetro de la antena en las mismas unidades.

Ganancia Directiva y Ganancia de Potencia

    La ganancia directiva es la relación de la densidad de potencia radiada en una dirección en particular con la densidad de potencia radiada al mismo punto por una antena de referencia, suponiendo que ambas antenas irradian la misma cantidad de potencia. El patrón de radiación para la densidad de potencia relativa de una antena es realmente un patrón de ganancia directiva si la referencia de la densidad de potencia se toma de una antena de referencia estándar, que por lo general es una antena isotrópica. La máxima ganancia directiva se llama directividad. Matemáticamente, la ganancia directiva es:

donde:

D = ganancia directiva (sin unidades)

P = densidad de potencia en algún punto de una antena determinada (W/m2)

Pref = densidad de potencia en el mismo punto de una antena de referencia (W/m2)

    La ganancia de potencial es igual a la ganancia directiva excepto que se utiliza el total de potencia que alimenta a la

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antena (o sea, que se toma en cuenta la eficiencia de la antena). Se supone que la antena indicada y la antena de referencia tienen la misma potencia de entrada y que la antena de referencia no tiene perdidas (h = 100%). Matemáticamente, la ganancia de potencia (Ap) es:

Ap = D h

    Si una antena no tiene perdidas, irradia 100% de la potencia de entrada y la ganancia de potencia es igual a la ganancia directa. La ganancia de potencia para una antena también se da en decibeles en relación con alguna antena de referencia. Por lo tanto, la ganancia de potencia es:

 

Polarización de la Antena

    La polarización de una antena se refiere solo a la orientación del campo eléctrico radiado desde ésta. Una antena puede polarizarse en forma lineal (por lo general, polarizada horizontal o vertical), en forma elíptica o circular. Si una antena irradia una onda electromagnética polarizada verticalmente, la antena se define como polarizada verticalmente; si la antena irradia una onda electromagnética polarizada horizontalmente, se dice que la antena está polarizada horizontalmente; si el campo eléctrico radiado gira en un patrón elíptico, está polarizada elípticamente; y si el campo eléctrico gira en un patrón circular, está polarizada circularmente.

Ancho del Haz de la Antena

    El ancho del haz de la antena es sólo la separación angular entre los dos puntos de media potencia (-3dB) en el lóbulo principal principal del patrón de radiación del plano de la antena, por lo general tomando en uno de los planos "principales". El ancho del haz para una antena cuyo patrón de radiación se muestra en la figura siguiente es el ángulo formado entre los puntos A, X y B ( ángulo q ). Los puntos A y B son los puntos de media potencia (la densidad de potencia en estos puntos es la mitad de lo que es, una distancia igual de la antena en la dirección de la máxima

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radiación). El ancho de haz de la antena se llama ancho de haz de -3dB o ancho de haz de media potencia.

Ancho de Banda de la Antena

    El ancho de banda de la antena se define como el rango de frecuencias sobre las cuales la operación de la antena es "satisfactoria". Esto, por lo general, se toma entre los puntos de media potencia, pero a veces se refiere a las variaciones en la impedancia de entrada de la antena.

3. Tipos de antenas

    Una antena es un dispositivo formado por un conjunto de conductores que, unido a un generador, permite la emisión de ondas de radio frecuencia, o que, conectado a una impedancia, sirve para captar las ondas emitidas por una fuente lejana para este fin existen diferentes tipos:

Antena colectiva:

    Antena receptora que, mediante la conveniente amplificación y el uso de distribuidores,  permite su utilización por diversos usuarios.

Antena de cuadro:

    Antena de escasa sensibilidad, formada por una bobina de una o varias espiras arrolladas en un cuadro, cuyo funcionamiento bidireccional la hace útil en radiogoniometría.

Antena de reflector o parabólica:

    Antena provista de un reflector metálico, de forma parabólica, esférica o de bocina, que limita las radiaciones a un cierto espacio, concentrando la potencia de las ondas; se utiliza especialmente para la transmisión y recepción vía satélite.

Antena lineal:

La que está constituida por un conductor rectilíneo, generalmente en posición vertical.

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Antena multibanda:

    La que permite la recepción de ondas cortas en una amplitud de banda que abarca muy diversas frecuencias.

Dipolo de Media Onda

    El dipolo de media onda lineal o dipolo simple es una de las antenas más ampliamente utilizadas en frecuencias arriba de 2MHz. En frecuencias abajo de 2 MHz, la longitud física de una antena de media longitud de onda es prohibitiva. Al dipolo de media onda se le refiere por lo general como antena de Hertz.

    Una antena de Hertz es una antena resonante. O Sea, es un múltiplo de un cuarto de longitud de onda de largo y de circuito abierto en el extremo más lejano. Las ondas estacionarias de voltaje y de corriente existen a lo largo de una antena resonante.

    La figura anterior podemos observar las distribuciones de corriente y voltaje ideales a lo largo de un dipolo de media onda. Cada polo de la antena se ve como una sección abierta de un cuarto de longitud de onda de una linea de transmisión. Por lo tanto en los extremos hay un máximo voltaje y un mínimo de corriente y un mínimo de voltaje y un máximo de corriente en el centro.

    La impedancia varia de un valor máximo en los extremos de aproximadamente 2500 W a un valor mínimo en el punto de alimentación de aproximadamente 73 W (de los cuales entre 68 y 70 W es la impedancia de radiación).

    El patrón de radiación de espacio libre para un dipolo de media onda depende de la localización horizontal o vertical de la antena con relación a la superficie de la tierra.

    La figura siguiente muestra el patrón de radiación vertical para un dipolo de media onda montado verticalmente. Observese que los dos lóbulos principales que irradian en direcciones opuestas están en ángulo derecho a la antena, los lóbulos no son círculos, se obtienen solo en el caso ideal donde la corriente es constante a todo

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lo largo de la antena, y esto es inalcanzable en una antena real.

Antena Yagi:

    Antena constituida por varios elementos paralelos y coplanarios, directores, activos y reflectores, utilizada ampliamente en la recepción de señales televisivas. Los elementos directores dirigen el campo eléctrico, los activos radian el campo y los reflectores lo reflejan. (figura siguiente)

    Los elementos no activados se denominan parásitos, la antena yagi puede tener varios elementos activos y varios parásitos. Su ganancia esta dada por:

G = 10 log n

donde n es el número de elementos por considerar.

    Para la antena yagi de tres elementos la distancia entre el reflector y el activo es de 0.15l , y entre el activo y el director es de 0.11l . Estas distancias de separación entre los elementos son las que proporcionan la óptima ganancia, ya que de otra manera los campos de los elementos interferirían destructivamente entre sí, bajando la ganancia.

    Como se puede observar, este diseño de antena yagi resulta ser de ancho de banda angosto, ya que el elemento dipolar está cortado a una sola frecuencia que generalmente se selecciona en la mitad del ancho de banda de los canales bajos de TV; es decir, del canal 2 al canal 6 (de 50MHz a 86 MHz). Esto resulta ser una desventaja ya que no es posible cubrir varios canales de TV con una misma ganancia seleccionada. Por tal razón se utiliza la denominada antena yagi de banda ancha, la cual puede cubrir varios canales a la vez aunque sacrificando la ganancia.

    En la figura siguiente se muestran los parámetros de diseño x y y, creando la relación x + y = l /4, la ganancia se acentúa alrededor de un solo canal, como se muestra en la figura.

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Para considerar una antena yagi de banda ancha es necesario, entonces, hacer ajustes en las distancia entre los elementos para obtener, junto con el ancho de banda deseado, la ganancia óptima. Se recuerda que para un arreglo de antenas en las cuales todos los elementos van alimentados se obtiene mejor ganancia para el denominado "en linea". Como la antena yagi utiliza elementos alimentados y parasitos, es común aumentar el numero de elementos alimentados a 2 o 3; estos dipolos se cortan a la frecuencia media del ancho de banda; generalmente para los canales bajos de televisión da muy buen resultado. En la figura siguiente se proporciona las dimensiones para óptima ganancia de una antena yagi de tres elementos

 

 Antenas Vhf Y Uhf

Para clasificar las ondas de radio se toman como medida los múltiplos de diez en la longitud de onda. Por lo tanto la ondas de VHF tienen una longitud de onda entre 1 Metro y 10 Metros mientras que las de UHF tienen una longitud de entre 10 Centímetros y un Metro. Como la relación es que la frecuencia es igual a la velocidad de la luz (misma velocidad que la de propagación de las ondas electromagnéticas, aproximadamente 300.000 Km./h) dividida por la longitud de onda, entonces tenemos que la banda de VHF va desde los 30 Mhz a los 300 Mhz y la de UHF va de los 300 Mhz a los 3 Ghz.

Las actuales aplicaciones en comunicaciones de punto a punto o móviles que superan los 30 Mhz son muy populares y han hecho que aparezcan un gran numero de antenas para estas aplicaciones. La figura ilustran algunos tipos de antenas buenas para polarizaciones eléctricas verticales y fáciles de montar en un mástil. Excepto por un aislante que esta señalado como "insulator" en la figura todas las demás líneas son de materiales conductores ya que para una representación simple se han obviado los aislantes.

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La parte mas baja de (a) es el coaxial que alimenta media longitud de onda de la parte superior de la antena en el medio en una conexión en serie (Toda la corriente de la línea de alimentación fluye a través de la antena). La porción de diámetro ancho no toca el conductor exterior de la línea de alimentación excepto en la punta, esto es una condición que tiende a minimizar que las ondas se queden el mástil que sostiene a la antena.

En la antena (b) vemos que hay una conexión entre la parte interna y las partes adyacentes, la alimentación esta perfeccionada por traer el conductor interior de la línea de alimentación a través de un agujero al exterior en un punto dentro del aislamiento que esta protegido del clima.

En la antena (c) y (d) son dos antenas en forma de "J" en las que la sección radiante es la media onda superior de una de las líneas de alimentación sobre el punto en que la otra termina.

En la figura (e) se ve una cruz horizontal de cuatro caños tierra sobre un largo cilindro, en el final hueco del cual esta montado el conductor interno que se extiende sobre el un poco menos que un cuarto de onda, se pone el punto de conexión coaxial de tal manera que coincidan las impedancias. La sección que continua este punto de conexión provee un fuerte soporte mecánico a la parte radiante por sobre ella.

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Cuando se usa polarización horizontal en transmisiones de UHF hay muchos tipos de antenas a ser considerados. En esta polarización es mas fácil incrementar la ganancia que en la vertical por el método de "Stacking" (apilar). Muchos tipos están indicados en la siguiente figura.

La "Tunrstile" que es la mostrada en el punto (a). Esencialmente tiene dos partes radiantes con una longitud de media onda desfasadas 90º y puestas en fases de cuadratura. Esta alimentada por un sistema de alimentación de líneas de transmisión. Cuando corrientes iguales son usadas en dos radiadores, el diagrama direcciones en el plano horizontal es un circulo deformado que va tendiendo a un cuadrado. La separación vertical entre elementos apilados es de media onda. La antena Turnstile esta adaptada para el uso de una banda de transmisión por el empleo de conductores largos y un cuidado extremo de todos los detalles.

Una sección cruzada de dicha antena esta mostrada en la figura (B) donde se ve una antena usada en el Empire State, donde los conductores con diámetros de un cigarrillo

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y las partes adyacentes centradas son superficies de revoluciones sobre las líneas AC y BD. Líneas separadas de transmisión son proveídas en F para cada uno de los cuatro radiadores.

La figura (C) es un "Aldorf Loop" que es en forma de cuadrado, donde el largo de cuyo vértice es una cuestión de diseño, pero por propósitos descriptivos puede ser tomado por aproximadamente un tercio de longitud de onda. La corriente es entregada como se muestra en la figura, las corrientes en los cuatro radiadores son iguales en magnitud y parecidas en fase como se muestra en las flechas del diagrama. En apilamiento en un espacio vertical se usa una distancia de media onda.

La figura (d) muestra una antena circular que también se llama antena de loop. Los dos conductores circulares radiantes están eléctricamente rotos en B por un condensador plano paralelo sin perdida de continuidad mecánica y de fuerza, toda la construcción es capaz de ser soportada desde el punto A. El circulo mas bajo esta roto en C, de donde el sistema es alimentado en la forma de "Folded Dipole" (Dipolo Doblado) el "largo eléctrico" de la circunferencia (Tomando en cuenta la carga capacitiva de B) es de media onda. Físicamente la circunferencia es menos que esto. Esta antena esta enganchada a un mástil en el punto A y por lo tanto metálicamente a tierra. El mástil esta dentro de la circunferencia. La forma direcciones horizontal es elíptica, la máxima diferencia en campo de fuerza es un poco menos que 2 db. Cuando estas unidades están apiladas en vertical el espacio entre ellas es de una longitud de onda.

La antena "Coverleaf"esta mostrada en la figura (e). Esta consiste en una torre de estructura metálica delgada. En el centro hay un conductor que junto con la torre misma forman un sistema de transmisión coaxial. Las "Hojas" radiantes están agarradas como se muestra en la figura, formando una circunferencia horizontal compuesta. El largo de cada uno de estos conductores el de aproximadamente 0.4 de longitud de onda. En apilamientos se usan intervalos de media longitud de onda. El diagrama horizontal prácticamente circular.

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La antena Cohete que se muestra en la figura (f), es un cilindro vertical cerrado metálicamente en sus dos extremos, pero tiene una grieta abierta en un elemento del cilindro como muestra la figura (slot), Esta alimentado como se muestra en el lugar donde se ve un corte en el cilindro estableciendo un voltaje a través de la grieta. La antena tiene un efecto externo como una distribución vertical de circunferencias horizontales. Las unidades apiladas son puestas muy juntas. El diámetro es mas o menos que media longitud de onda.

La figura (g) es una antena de circunferencia horizontal que tiene un particular sistema de alimentación coaxial.

Las antenas de VHF y UHF también se puede clasificar en cuatro categorías dependiendo de otros parámetros como se ve en la siguiente tabla.

Cada una de estos tipos de antenas tiene asociadas formas de antenas especificas del mismo. Algunas de estas formas

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de antena fueron mencionadas o explicadas con anterioridad.

 

4. Aplicaciones

Ajuste de antenas de VHF y UHF

Es un error pensar que, disponiendo excelente medidor de R.O.E., y comprobando que estamos con antenas ajustadas a 1:1, la ganancia será la que creemos por la cantidad de elementos de la antena.

Una yagui cruzada de 7 + 7 elementos, con una ganancia teórica en 11 db cada una, según tablas de Radio-Amateur Handbook, resultaron al ser medidas de 6 db una y 3 db la otra y la R.O.E. era de 1:1,10 en ambas.

El método simple y realmente efectivo es medir la intensidad de campo.

Ajustar la antena con una señal lejana es algo complicado, ya que se debe contar con un colega que mantenga una transmisión constante por tiempo considerable, además de violar la reglamentación.

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Para medir la intensidad de campo conviene fijar el transmisor con potencia baja, y es necesario cerciorarse que el equipo transmita con la misma potencia en las distintas frecuencias de la banda.

Una antena terminada y ajustada para mínima R.O.E., se ajustara para máxima ganancia con la ayuda de un medidor de intensidad de campo.

1/2 Onda.

------------------------------------

I I

--------------. .----------------

I I

I I

I I

I I Cable de T.V.

I I 300 Ohms.

I I

I I

I I

I I

.-------* *--------.

I I

I-------/\/\/\--------I

I 300 OHMS. I

.---. I

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\ / I

----- I

I .001 uF I

I---------I I---------I

I I

I 1 K. 1 K. I

I-/\/\/\--. .--/\/\/\-I

I I

1 K. I I 1 K.

+-/\/\/\--+ +--/\/\/\-+

I I

I .001 uF. I

I---------I I---------I

I I

I +-------+ I

I I I I

*------I UA. I------*

I-------I

+-------+

La figura muestra una antena TEST que facilitara los ajustes.

Según el fabricante, o las indicaciones de manual, se procederá al ajuste FINO, que correctamente realizado llevara una antena de 3 db como la indicada en l anécdota mas arriba, en los 11 db que debería tener por formula.

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Básicamente, consistirá en sintonizar cada elemento director acortándolo o alargándolo (con tornillos de bronce en los extremos) como si se estuviera alineando una etapa de F.I.

El reflector tiene menos incidencia que los directores, y el primero es el mas critico.

Se recuerda que la antena no puede sostenerse con un mastil metálico que sea paralelo a los elementos.-

Con mucha frecuencia se observan instalaciones de antenas verticales para 2 Metros, montadas con mástiles encima de la configuración de H.F.

Para ver el efecto negativo, basta con observar la intensidad de campo y el medidor de R.O.E. mientras se acerca un mástil metálico paralelo a los elementos de la antena.

Es de indudable valor didáctico tocar con una varilla de madera la punta de un director cualquiera (no el director), por seca que la madera este.-

Se comprobó que la mejor manera de sostener una yagui cruzada es en la disposición "en X es decir, a 45 grados cada elemento con respecto a la vertical u horizontal.

Calculo de la perdida de Transmisión o de Trayectoria

EL alcance de las ondas en el espacio esta prácticamente limitado a atenuación que sufre la señal a medida que se aleja de la fuente que la genero. Esta atenuación esta dada por la siguiente formula:

Donde Lp es la relación entre potencia transferida y potencia recibida. (Pt/Pr) y d es la distancia entre las dos antenas.

Lo mismo se puede calcular en dB con la siguiente formula 35

Lp = 32.5 + 20 log f + 20 log d

Donde Lp es la perdida en dB, f es la frecuencia en Mhz y d es la longitud de la trayectoria en Km.

Esto nos demuestra que cuanto mayor es la frecuencia o menor es la longitud de onda mayores serán las perdidas. Esto es muy importante de considerar en antenas de VHF y UHF ya que trabajan con frecuencias elevadas y longitudes de onda muy cortas.

Considerando lo antes mencionado si transmitimos a 30 Mhz (limite inferior de VHF) entonces para que la relación entre potencia transferida y potencia recibida sea aproximadamente 1 debemos colocar el transmisor a 10 metros * 4 * PI del receptor lo que nos da un total de 125.66 metros. Si lo colocamos a 1000 metros la atenuación seria de alrededor de 1.500.000. Entonces si transmitimos con 10 Watts de potencia se recibirían 7 Micro Watts lo que todavía es suficiente, por lo tanto y debido a que las características de este tipo de ondas hace que viajen a elevadas alturas, este tipo de enlaces es bueno para las comunicarse dentro de una ciudad (especialmente comunicaciones móviles donde el equipo es reducido y no se puede emplear mucha potencia para transmitir ni para amplificar ) donde las distancias son cortas pero hay muchos obstáculos a bajas alturas.

Mi segunda antena WI-FI

CopyRight: Juan Antonio Martínez ( EB4GPE ) <jonsito@teleline.es>Versión 1.1 23-Octubre-2003Se autoriza la reproducción de este texto siempre que se conserve esta nota de copyright

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Ver al final del texto la historia de mi primera antena :-)

Indice

1. Introducción. Referencias 2. Material 3. Montaje 4. Medidas 5. Apéndices

Introducción. Referencias

En esta página explico mis aventuras y desventuras para construír una antena tipo Pacific Wireless "BackFire", más conocida como "TarterAntena (tm)"

Las pruebas realizadas en el laboratorio me han dado una ganancia del orden de 17dB y una directividad de +/-40 grados. Es una antena direccional relativamente pequeña ( 25cmts de diámetro por 15 cmt de ancho ) que se maneja

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mejor que las tradicionales helicoidales o guia-ondas, ( muy pornográficas eso sí :-). Además es muy sencilla y no precisa de ajustes adicionales. Simplemente hay que extremar el cuidado a la hora de cortar y medir el material.

En cuanto al precio... La Pacific Wireless (15dB) "BackFire" cuesta unos 50 euros. La Stella Doradus (17dB) sale por 40 euros (y abulta el doble). La "TarterAntena(tm)" sale por unos 12 euros... no está nada mal para 17 dB's...

Ruego encarecidamente que me mandéis comentarios, sugerencias, experiencias, etc. Mi dirección de correo es mailto:jonsito@teleline.es

Enlaces

Este artículo está basado en los esquemas y planos elaborados por Martti Palomaki, que a su vez se basó en un artículo publicado en http://6mt.com/2304tech.htm. Los enlaces originales se encuentran en http://www.saunalahti.fi/~elepal/antenna1.html

Para los que deseen la antena Pacific Wireless de verdad, aquí tienen el enlace

He aquí la autopsia de la Pacific-Wireless. Para los curiosos, el enlace original

Una copia del artículo original (en inglés) viene aquí En este enlace tenéis un artículo completo (páginas 1

y 2)sobre este tipo de antenas de la banda de microondas

Aquí tenéis otra implementación, cortesía de Carl Rabe (G6NLC). El enlace original es: http://www.frars.org.uk/cgi-bin/render.pl?pageid=1076

(En italiano), cortesía de Fabrizio, otro diseño para la short-backfire. El enlace original está aquí

En esta página http://www.medicaljournal-ias.org/8_4/Al-Rashid.htm hay un montón de estudios, documentos y enlaces sobre este tipo de antenas. Desgraciadamente no hay enlaces para todos....

Aunque estos enlaces están en inglés, recomiendo su estudio detallado: Las fotos de mi "niña" no son siempre

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claras, y los diagramas y esquemas del documento original son a veces mucho más explicativos

Antes de empezar

Vamos a recitar el mantra:

2,45Ghz dan una longitud de onda (L) de 124 milímetros

2 * L son 248 mmts L / 2 son 62 mmts L / 4 son 31 mmts

Recitar hasta que se sepa de memoria :-)

Material Necesario

Una tartera metálica de 248 mmts de diámetro interior

Podéis encontrarla en cualquier Carrefour o Alcampo

Precio aproximado: 3 euros

ATENCION: No se os ocurra creer en las dimensiones que figuran en los estantes. (ver mi primera antena)

A ser posible el borde debe ser perpendicular a la base. En caso contrario la antena perderá algo de directividad...

La tartera debe ser de latón o de algún material en el que se pueda soldar

Un tubo de cobre o latón de 12mmts de diámetro exterior y 10mmt de diámetro interior y de unos 10cmts de largo

Precio aproximado 0,60 euros

En Akí o en LeroyMerlín encontraréis tubos de cobre apropiados. Desgraciadamente no los venden en longitudes inferiores a 1 metro...

Una varilla de cobre o latón de 4 mmts de diámetro exterior y de 1 metro de largo

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Precio aproximado 2.5 euros. Se compran tambien en AKI o en LeroyMerlin

Si encontráis una varilla hueca, mejor que mejor. En caso negativo, la varilla rígida es una solución válida. Lo ideal sería encontrar un hilo de cobre de dichas dimensiones, pero no he sido capaz de encontrarlo...

Un conector tipo "N"

Lo más caro: 6,5 euros. En caso necesario vale tambien un conector "PL", pero a costa de perder 2dB's...

Una tapa plástica tipo "microondas" de 25cmts de diámetro (real).

A comprar en el Híper. Os recomiendo encarecidamente llevar una regla / metro para medir....Precio aproximado: 2 euros

Una plancha de latón de 50mmts de diámetro

La podemos obtener de cualquier lata de foie-gras o similar... :-)

Estaño calidad "fontanero"

Realmente, salvo en el dipolo, las soldaduras a realizar no son de precisión... no es necesario usar estaño del bueno... :-)

Pegamento tipo "barra termofusible" con pistolita aplicadora

Alternativamente se puede usar silicona transparente

Soldador tipo "macho-man" ( 75-90 Watts :-)

Si tienes un soldador tipo lápiz, ni lo intentes: vamos a soldar planchas de metal que disipan muuuuuuucho el calor

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Herramientas al uso: Lima, sierra para metales, cutter, regla,

alicates,... Un "pie de rey" o calibre para afinar medidas,

tampoco estaría de más... pensad que un milímetro a estas frecuencias significa un desplazamiento de 30Mhz...

Aquí tenemos la foto. Una vez con todo el material, vamos a empezar...

Preparación del material

Primero lo fácil: Vamos a montar el plato reflector. Para ello cogemos la tartera, y recortamos los bordes de manera que tengan una altura de exactamente 31mmts (L/4) referidos al interior de la tartera.Lijamos cuidadosamente los bordes, que cortan una barbaridad. Calculamos el centro del plato y hacemos un taladro de 12mmts de diámetro.

Cortamos el tubo "gordo" (12mmt)a una longitud de 62mmts y lijamos cuidadosamente los extremos

Cortamos tres tubitos (4mmt) a tres longitudes: 62, 33 y 26 mmts respectivamente. Limaremos los dos tubos mas largos en bisel, de manera que encajen exactamente uno con otro en ángulo de 90 grados

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Hacemos dos ranuras simétricas en el tubo gordo, de una longitud de 31 mmts., y de una anchura de 1mmt.con unos alicates de corte y con la lima, hacemos dos "mordiscos" semicirculares de 2mmts de radio a 90 grados de cada ranura en el tubo gordo

Construcción del dipolo

El dipolo es la parte más crítica de la antena: del mismo modo que el diámetro del plato nos va a dar la frecuencia de resonancia del invento, el dipolo nos va a determinar el factor de calidad y la ganancia de la antena

Empezaremos soldando la varilla larga ( 62mmt) al conector. En mi prototipo se usa un conector tipo "PL", pero recomiendo encarecidamente el uso de un conector "N"Dejaremos entre el borde del conector y el comienzo de la varilla un espacio de 2 mmts, que nos permita soldar la varilla al conector, así como que sobresalgan 2 mmts del bisel por el otro lado

Soldamos el tubo gordo al exterior del conector. Cuidaremos de que el bisel de la varilla interior esté alineado con una de las muescas semicirculares del tubo externo

Esta estructura es un ejemplo de libro de lo que es un

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coaxial con nucleo de aire, ajustado para que la relacion entre los diametros de los tubos interior y exterior nos proporcione una impedancia de 50 ohms A base de lima, eliminamos restos de pintura/teflón alrededor de la ranura que hemos realizado en el plato, y estañamos ésta

Soldamos el conjunto conector/varillas al plato. Atención: El comienzo de las ranuras debe coincidir con la superficie interna del plato.

Ya está el dipolo casi terminado. Ahora solo nos falta soldar las varillas cortas al "coaxial" que hemos montado:

La varilla de 26 mmts la soldamos en la muesca opuesta al bisel, de manera que sobresalga 25 mmts

La varilla de 33 mmts la alineamos con el bisel y la soldamos tanto a la varilla interna como a la externa

!Alto ahí! !Qué es eso de unir el vivo y la masa de un coaxial!!Alarma!!Alarma!!Alarma!...

No problemo: (breve introducción a las microondas)

El aparente cortocircuito, no es tal: Recordemos que estamos trabajando con microondas, y a 2,4 gigaherzios las cosas no siempre son lo que parecen...Si os dais cuenta tenemos un dipolo hecho con cuatro segmentos:

Cada una de las varillas pequeñas 43

La varilla interna del "coaxial" Uno de los segmentos del tubo, ( el que va a la varilla

corta )

En total, tenemos 4 segmentos * 31mmts = 124mmts = longitud de onda

El segundo segmento del tubo es el que parece que monta el jaleo. Realmente es la clave: Por teoría de antenas, se puede demostrar que a L/2 de cada "polo" de un dipolo, la densidad de corriente a la frecuencia de resonancia es nula. Esto significa que en nuestro caso, a una frecuencia de 2,4Ghz no se deriva corriente del dipolo hacia masa. Para cualquier otra frecuencia, la densidad de corriente en dicho punto no será nula, y tendremos -efectivamente- un cortocircuito entre el activo y la masa.

En cristiano. Acabamos de realizar un circuito resonante sintonizado a 2,45Ghz y que va a hacer que la ganancia a cualquier otra frecuencia que no sea ésta sea prácticamente nula

Esta cualidad de alta selectividad es la que hace de la "TarterAntena(tm)" una antena tan especial.... ninguna otra antena casera tiene tan alta sensibilidad a una única frecuencia.Evidentemente esto tambien tiene sus inconvenientes: como la antena esté mal calculada, y dado que no tiene elementos ajustables, cualquier error de diseño nos hará que el resultado sea desastroso (ver al final)

Para mas información remito al lector a los enlaces....

Construcción de los directores. Montaje de la tapa

Con lo que tenemos hasta ahora, si lo medimos veremos que tenemos ya una antena con una ganancia de unos 12dB's. Vamos a mejorarla un poco

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Cogemos la tapa plástica y la recortamos de manera que el borde coincida exactamente con el borde del plato

Con la varilla de 4mmts que tenemos por ahí sobrante hacemos un círculo de 248 mmts de diámetro ( 2*L ) y lo pegamos sobre la tapa plástica, de manera que entre el borde del plato y el aro, haya una distancia de 31mmts ( L/4 )

Cogemos la tapa de la lata de foiegras, que tenemos por ahí olvidada y recortamos un círculo de L * 0.4 = 49 mmts de diámetro

El diámetro de la "tapa" de foie-gras no es aleatorio: la culpa la tiene un tal Bessel, que me ocasionó pesadillas cuando estudiaba matemáticas....

¿Cómo fijamos el aro circular y la tapa de manera que queden exactamente a 31 mmts del borde del plato ? Pues con un poco de imaginación...

En mi caso, la tapa de 45

microondas tiene dos hendiduras con las que sujetar la tapa cuando la comida está caliente.... he aprovechado para pegar ahí la tapa.Si pegamos la varilla directora a la misma altura que el plato, sujeta esta vez al borde interior de la tapa... pues ya tenemos sujeto el aro director :-)

Con lo que el problema serio consiste en recortar la tapa para que al pegarla al plato quede todo el artefacto metálico que hemos pegado a 31mmts

Con este engendro hemos ganado cerca de 3dB's en nuestra antena. Ahora sólo queda pegar la tapa al plato....

Adicción de los anclajes. Detalles finales

Dejo el tema a la imaginación del lector... únicamente recordar que NO DEBE HABER contacto eléctrico entre el plato y el mástil.

En las referencias citadas en los enlaces, hay alguna idea al respecto

Para finalizar, con pegamento termofusible vamos a sellar todos los "agujeros" de la tapa de plástico, dejando en la parte más baja un agujero para que se pueda evacuar el agua resultante de la condensación.Con esmalte transparente pintamos todas las partes metálicas susceptibles de corrosión, y....

!Esto es todo, amigos! He aquí a la criatura:

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Pruebas y medidas

Las graficas siguientes corresponden al datasheet de la BackFire de Pacific Wireless. Estoy esperando turno en la camara anecoica para poner las de mi antena, pero os podéis hacer una idea....

Mi primera antena

Mi primera antena también fue de tipo "tartera", y la construí casi casi como he explicado en estas instrucciones... sólo tenía un pequeño problema: Me creí lo que ponía en el estante del Alcampo, y compré un fastuoso molde de tartas de 24cmts.... que realmente medía

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22,5cmt....Para más despiste, en lugar de calcular las varillas del dipolo con regla y calibre, monté un dipolo... de 7 cmts de largo

Conclusión:En el laboratorio donde me hicieron las medidas de la antena se descojonaron de risa al ver "La mejor antena casera que jamás habían visto"... para la banda de telefonía móvil.

Efectivamente, era una antena acojonante:

4dB a 900Mhz 25dB a 1,8Ghz 17dB a 2,7Ghz

Por supuesto, a 2,45Ghz tiene una fabulosa ganancia de ... 3dB(Aviso: la curva es a mano alzada, no es la gráfica real)

Moraleja: Cuando vayáis al Alcampo/Carrefour/Lqs, no olvidéis coger el metro ( de medir :-)

¿Guía-ondas?¿No es esto un poco complicado?

En una palabra, Si! La tecnología de las Microondas es bastante esotérica y suele estar reservada para los "cerebros" que diseñan sistemas electrónicos de armamento, radares y cosas por el estilo.

Pero los equipos de microondas han ido introduciéndose sin parar en las aplicaciones más comunes. Los hornos microondas (que operan en los 2.4Ghz) están ya entre nosotros desde hace décadas. A ellos se han ido uniendo las antenas parabólicas para TV Satélite con los LNBs que operan a 10Ghz y más recientemente, los teléfonos inalámbricos multicanal a 2.4Ghz.

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La tecnología de las microondas parece compleja porque la hemos dejado en manos de los científicos durante demasiado tiempo. La blibiografía de microondas ha sido escrita por académicos que se regocijan en cada ecuación pormenorizada. Pero la verdad es que no es necesario conocer las teorías de los vectores de Poynting o las ecuaciones de Maxwell para desarrollar una LAN Wireless. Permíteme que te muestre lo sencillo que es en realidad ...

¿Que es la banda ISM de 2.4Ghz?Las redes sin cables que utilizan el estándar 802.11b operan en la banda ISM. Hay otros equipos que también utilizan esta banda, entre los que se incluyen los hornos microondas, algunos equipos médicos y los teléfonos sin cables. El estándar IEEE 802.11b define como deben configurarse las redes WLAN, y como pueden minimizarse las interferencias provenientes de otros servicios que operen en la misma frecuencia..

Nº canal

US/Canada

Europa

Francia

España Japón

1 2412 2412 - - 24122 2417 2417 - - 24173 2422 2422 - - 2422 4 2427 2427 - - 2427 5 2432 2432 - - 2432 6 2437 2437 - - 2437 7 2442 2442 - - 2442 8 2447 2447 - - 2447 9 2452 2452 - - 2452

10 2457 2457 2457 2457 2457 11 2462 2462 2462 2462 2462 12 - 2467 2467 - 2467 13 - 2472 2472 - 2472 14 - - - - 2484

Un receptor de WLAN puede utilizar cualquiera de estos canales y puede saltar automáticamente de canal en canal

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si encuentra interferencias. Una antena para 802.11b para los EEUU y Canadá deberá radiar bien entre los 2410 y los 2460MHz.

Antenas Guía-Ondas Ranuradas.

Al contrario que las antenas biquad que tienen un ancho de banda amplio, las guía-ondas ranuradas son antenas resonantes y tienen, relativamente, un margen bastante estrecho de frecuencias de trabajo. Los diseños que presento en esta página tienen un ancho de banda apropiado para cualquier WLAN, pero éstos han sido diseñados con sumo cuidado y deben, de igual modo, realizarse esmeradamente.El mayor atractivo del diseño de las guía-ondas ranuradas es su simplicidad. Una vez que has construido una resulta bastante sencillo construir muchas más.La ganancia varía poco a lo largo del espectro del 802.11b, descendiendo un poco en ambos extremos.

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¿Cómo he producido estos diseños y gráficos?

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Los diseños de estas guía-ondas ranuradas son el resultado de una prolongada simulación utilizando el software Fidelity de Zeland Software's y los simuladores electromagnéticos IE3D. Fidelity es mucho mejor modelando estructuras de guía-ondas que mi simulador favorito simulator, NEC2, pero éste es un paquete un poco caro y tiene un periodo de aprendizaje bastante largo.

Por medio de la simulación puedes obtener mucha mas información sobre el rendimiento de una antena de microondas de la que conseguirías mediante su construcción. Esto es así porque hay ciertas limitaciones en la precisión de las medidas cuando se trabaja con microondas. La simulación hace más fácil ver sutiles interdependencias que podrían ser muy difíciles de medir. En este caso, usé la simulación para que me dijese como deberían comportarse las antenas y después verificar su funcionamiento tanto en mi laboratorio como en mi "test de alcance". Los resultados fueron sorprendentemente precisos y confirmaron la calidad del software Fidelity de Zeland.

¿Cómo trabaja una antena guía-ondas?

Una guía-ondas es una línea de transmisión de bajas pérdidas. Esto nos permite la propagación de la señal hasta una serie de pequeñas antenas (ranuras). Con una simple sonda coaxial la señal se inyecta en la guía-ondas y esta señal se va desplazado a lo largo de la guía-ondas y al mismo tiempo va pasando sobre las ranuras. Cada una de las ranuras permite que una pequeña parte de la energía de la señal se radie. Las ranuras están organizadas según un patrón lineal de modo que todas las señales radiadas se suman para conseguir una ganancia de potencia muy significativa sobre un rango de unos pocos grados cercanos al horizonte. En otras palabras, las

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antenas guía-ondas transmiten la mayor parte de su energía hacia el horizonte, justamente a donde nosotros queremos que se dirija. Su excepcional directividad en el plano vertical les da una alta ganancia de potencia. Además, al contrario que las antenas colineales verticales, las guía-ondas ranuradas transmiten su energía utilizando polarización HORIZONTAL, que es la mejor para transmisión a distancia.

A la izquierda podemos ver una representación gráfica de la intensidad del campo E un poco después de comenzada la excitación de una guía-ondas de 8 ranuras. Las ranuras están a la izquierda de la imagen. La sonda coaxial está en el extremo inferior de la imagen y puede verse como el valor del campo llega a los máximos cada media longitud de onda, según va viajando a través de la guía-ondas. El espacio de la guía-ondas es la mitad central de del espacio azul, el resto es aire enfrente(a la izquierda) y detrás (a la derecha) de la antena.

Si pulsas Aquí podrás ver una versión en película de Windows Media Format. Pulsando este enlace obtendrás una versión MPEG-1. Como puedes ver, la onda viaja hacia arriba a través de la guía-ondas partiendo de la sonda. La intensidad del campo E viene indicado por el color. Aquí tenemos en principio colores azules(alrededor de -40dB), al final (rojo) tenemos la intensidad que se consigue una vez que el resonador está completamente excitado. Cuando la señal al principio llega hasta la parte alta y empieza a reflejarse hacia abajo, la columna de aire permanece todavía verde (alrededor de -30dB con respecto a su intensidad final). Las reflexiones también ocurren con la parte de la señal que es radiada por la sonda hacia abajo, y la suma de todas ellas, incluyendo la alimentación continuada a través de la sonda coaxial, permite que la intensidad suba

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desde los niveles de señal del amarillo hasta el rojo (0 dB). Se puede ver la señal que se va radiando a través de las ranuras en la parte izquierda de la imagen. La intensidad de radiación es menor en la parte alta que en la parte baja del diseño de 8 ranuras, ya que es difícil conseguir una radiación perfecta con un número tan limitado de ranuras.

Antenas Guía-Ondas Unidireccionales

Voy a describir dos diseños unidireccionales. El primero tiene 8 ranuras y mide aproximadamente 76cm. El segundo tiene 16 ranuras y mide aproximadamente 150cm. El modelo de 8 ranuras, simple de construir, es un buen punto de partida para un novato en antenas. Yo construí mi primer prototipo de 8 ranuras utilizando únicamente herramientas de mano.

Unidireccional simple de 8 ranuras.

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Unidireccional de alto rendimiento de 16 ranuras

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El diseño de 16 ranuras se ha hecho para radiar sobre un ancho de banda mayor, añadiéndole unas "alas" a ambos lados de la guía, enrasadas con la cara frontal (la cara ranurada). Pueden hacerse con hoja de aluminio y deben medir 244mm a partir de los lados de la guía. Actúan como un plano de tierra para las ranuras. Se debe respetar esta medida, ya que es dos veces la longitud de onda.

Antenas Guía-Ondas Ranuradas Omnidireccionales

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Las guía-ondas ranuradas lograron la mayor parte de su éxito cuando se utilizaron como antenas omnidireccionales. Esta es la manera mas sencilla de obtener ganancias reales de 15dBi en un lóbulo de 360 grados.

La polarización horizontal permite frecuentemente doblar el numero de usuarios que se pueden conectar a una red de área local inalámbrica sin que se produzcan interferencias. Cuando se utilizan antenas de polarización horizontal como las biquad, o antenas Patch (a condición de que funcionen correctamente con polarización cruzada) en el sitio del cliente, estas omnis serán 20dB más fuertes que la señal proveniente de una antena colinear similar. A la inversa, las antenas receptoras de polarización vertical, preferirán la colinear polarizada verticalmente a la guía-ondas ranurada por una cantidad similar. De este modo es posible transmitir en canales adyacentes (digamos el 5 y el 7), cosa que antes no se podría lograr debido a las interferencias. De modo que si se intercalan juiciosamente, clientes con polarización horizontal podrán comunicarse con estaciones centrales con polarización horizontal, utilizando el mismo canal o canales adyacentes que los de otros clientes que estén utilizando la polarización vertical.

Para hacer que la antena radie sobre los 360 grados del azimut, se hace un segundo juego de ranuras en la cara posterior de la guía-ondas, de modo que si miras de frente a la guía-ondas deberás ser capaz de ver recto a través de ambas ranuras.

Por desgracia, excepto si utilizas un montón de ranuras, la antena se comporta mas como un radiador bidireccional. Esta antena se invento en los años 40, y según nuestras simulaciones y técnicas de medición se iban haciendo mas precisas, se ha ido viendo que los diseños de guía-ondas ranuradas utilizados en el pasado estaban bastante lejos de ser óptimos. El defecto mas común era una inclinación en los lóbulos de radiación en ambos extremos del rango de frecuencias. Esto ocurre cuando la longitud de onda de la

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señal que viaja en la guía es diferente del espaciado entre ranuras.

Actualmente, mi antena favorita es una de 32 ranuras que proporciona 15dBi de ganancia, y que radia omnidireccionalmente de un modo uniforme. El gran número de ranuras hace posible disipar la energía de la guía-ondas. Como en el diseño de 16 ranuras omnidireccional, se requieren dos juegos de "alas" (un juego para cada cara ranurada) para conseguir una radiación uniforme de energía en los 360 grados.

Nótese que la curva de ganancia en relación con la frecuencia está tomada para los 2440 Mhz, y que radia correctamente sobre los 14 canales.

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Antenas Guía-Ondas ranuradas de gran direccionalidad

A veces, resulta útil tener una antena de gran direccionalidad. Por ejemplo, cuando de instala un enlace punto a punto entre dos edificios no se desea tener un amplio ángulo de cobertura. Cualquier interferencia que provenga de otro dispositivo 802.11b ( o de un horno microondas) y que esté en la zona de radiación afectará a la integridad de tu enlace.

La antena ideal para estos casos es la parabólica, como la referida en la página Primestar dish. Si se usa un alimentador como mi Biquad, es posible rechazar(con -30dB) las interferencias que provengan de fuera del como principal de la parábola, que es de 5 grados.

Pero, si se gira una guía-ondas de 16 ranuras hasta colocarla horizontalmente, paralela al suelo, la antena pasará a radiar con polarización vertical. Su directividad en este plano es extremadamente buena. Como puedes ver en el diagrama de la izquierda, la mayoría de los lóbulos no deseados son mas de 20 dB

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menores que la señal principal, y además son bastante afilados (pulsa para agrandar la imagen). Este rendimiento es comparable al de mi antena comercial HP2419G Parabolic Grid Antenna...

Por lo tanto, si no tienes una parabólica a mano, considera la posibilidad de utilizar un par de estas antenas ranuradas, paralelas al suelo. Seguro que trabajarán muy bien. Muy bien ....

Detalles de la construcción de una Antena Unidireccional de 8 ranuras

Yo utilicé como base de todas mis antenas un tubo rectangular extruido de aluminio cuyas medidas exteriores son 4 pulgadas por 2 pulgadas y con un espesor de pared de aproximadamente 1/8 de pulgada. Las medidas interiores son 95.4mm x 44.6mm. Estas medidas interiores son críticas, y no debe haber mas de 1mm de diferencia (**** These inside dimensions are critical, and must be within +- 0.040 inches or +-1mm if the antenna center frequency is to be +- 1 channel.) . Las tapas las corté a partir de una pletina de 44.5mm de ancho y 8mm de espesor. Las antenas guía-ondas son bastante críticas en lo referente a sus dimensiones constructivas y la manera más fácil de hacerlas es utilizando una fresa en una máquina de control numérico. Yo he realizado los cálculos de estos diseños, de manera que serán fáciles de replicar, y si te mueves en un margen de +-1mm el diseño funcionará correctamente, pero debes ser cuidadoso.Yo utilicé una plantilla, trabaje con una

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máquina fresadora, con una fresa, y con montones de agua para mecanizar las ranuras. Lo hice con bastante cuidado (aunque fue un trabajo bastante tedioso).

"Por favor, hágame esta ranura de 59.417mm de longitud"

En aquellos días antes de que el poder de computación fuese tan barato, los ingenieros gastaban toda su carrera profesional deduciendo formulas para probar y describir las antenas Guía-Ondas ranuradas. Se pueden encontrar muchos diseños que indican medidas con 1 o 2 decimales de milímetro, pero yo he redondeado todo hasta el milímetro más próximo. Como es relativamente fácil para mí "construir" una estructura tras otra en el simulador electromagnético, se obtiene un conocimiento bastante rápido de la interdependencia de cada parámetro. Este conocimiento te lleva a alejarte de esa "magia negra" que se usó asociada con el diseño de estos sistemas de antenas.

De verdad colegas, un milímetro más o menos no va a estropear tu antena.

¿Cómo se acopla la Señal en la Guía-ondas?

Como he dicho antes, estamos propagando la señal WLAN a través de

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la guía-ondas y después utilizándola para excitar una serie de radiadores simples o ranuras. Lo primero que tenemos que hacer es introducir la señal en la guía-ondas mediante un terminal de alimentación o sonda. Consigue un conector N apropiado, por ejemplo uno como el de la figura 2 del catálogo de Amphenol en esta página. En un pedazo de hoja de latón o de cobre de 20mmx40mm, corta la parte indicada en rojo y dale forma de cono. Suelda este cono al terminal central de tu conector N (mira la foto). Su longitud debe ser de 20mm y el diámetro máximo alrededor de 15mm. Cuando lo sueldes al conector N debe sobresalir exactamente hasta el centro de la guía-ondas y no más.

Es necesario tapar ambos extremos de la guía-ondas para permitir la reflexión de la RF. El modo más fácil que yo encontré fue cortando dos piezas de 3.75 pulgadas (vaya, ya estoy otra vez con las pulgadas, como siga así seré excomulgado de las comunidades wireless... ) de una pletina de aluminio de 5/16 x 1.75 pulgadas. No es que recomiende que hagas estas tapas descuidadamente, pero no es necesario lograr un buen contacto eléctrico.

Recuerda que no debe haber ningún tornillo que sobresalga en el interior de la guía-ondas mas de 3mm, especialmente los tornillos que sujetan el conector N. En caso contrario se vería afectado el

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funcionamiento.

Para la antena omnidireccional de 8+8 ranuras:La longitud total del hueco interior de la guía-ondas omnidireccional de 8+8 ranuras, de extremo a extremo, es de 765mm. Monta el conector N en la cara ancha, a 27.5mm de un extremo del hueco(la base) y desplazado 10mm respecto a la línea central de la cara, en dirección al desplazamiento de la primera ranura. La longitud de onda de la radiación que circula a través de la guía-ondas es mayor que la longitud de onda en espacio abierto (161mm en este diseño).

La primera ranura tiene su centro a 1.0 longitud de onda desde la base, en el máximo del campo H dentro de la guía-ondas. Esta longitud es 161mm medidos desde la base del espacio interior. El componente H del campo es el que induce la energía en las ranuras, y provoca que éstas radien. Cada ranura mide 59mm de longitud, y se extiende 17mm hacia el exterior de la línea central. La guía-ondas excita cada lado de la ranura dependiendo de su posición a través de la cara ancha de la guía. Si la colocásemos exactamente sobre el centro de la línea central, cada una de las caras de la ranura serían excitadas en contrafase y por lo tanto no se produciría radiación alguna. De modo que desplazamos las caras de las ranuras, cuanto mayor sea la distancia mayor será la energía que se disipa a través de cada ranura. La longitud eléctrica de cada ranura debe ser 59mm. Las esquinas de la ranura deben quedar bien terminadas, con un radio máximo de 2mm, recomiendo rematar el corte con una fresa de 1/8 de pulgada (o una hoja de sierra). O quizás tengas la oportunidad de utilizar una fresa de 1/8 de pulgada en una máquina de control

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numérico para hacer todo el corte rectangular. Recuerda que aunque estas ranuras están colocadas verticalmente ellas radiarán polarización horizontal.

Para la omnidireccional de 8+8, las ranuras de la 2 a la 8 tienen que ir centradas a 241, 322, 403, 483, 564, 644 y 724mm medidos a partir de la base del hueco interior, situadas a los lados de la línea central. No tiene importancia en que dirección se corta la primera, pero deben ir alternándose. La tapa final debe colocarse de modo que el espacio interior mida 765mm. Mirando derecho hacia el frente de la guía tienes que poder ver a través de las dos ranuras, la del frente y la de la cara posterior.

Para la Unidireccional de 8 ranuras:La longitud total del hueco interior de la unidireccional de 8 ranuras, de extremo a extremo, es de 760mm. Monta el conector N en la cara ancha, a 25mm de un extremo del hueco(la base).La longitud de onda de la radiación que circula a través de la guía-ondas es 160mm en este diseño. La primera ranura tiene su centro a 1.0 longitud de onda desde la base, en el máximo del campo H dentro de la guía-ondas. Esta longitud es 160mm medidos desde la base del espacio interior. Cada ranura mide 58mm de longitud, y mide 20mm de ancho a partir de la línea central. La guía-ondas excita cada lado de la ranura dependiendo de su posición a través de la cara ancha de la guía. Si la colocásemos exactamente sobre el centro de la línea central, cada una de las caras de la ranura serían excitadas en contrafase y por lo tanto no se produciría radiación alguna. De modo que desplazamos las caras de las ranuras, cuanto mayor sea la distancia mayor será la energía que se disipa a través de cada ranura. La longitud eléctrica de cada ranura debe ser 59mm. Las esquinas de la ranura deben quedar bien terminadas, con un radio máximo de 2mm. Recuerda que aunque estas ranuras están colocadas verticalmente, en realidad radiarán polarización horizontal.

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Las ranuras de la 2 a la 8 tienen que ir centradas a 240, 320, 400, 480, 560, 640 y 720mm medidos a partir de la base del hueco interior, situadas a los lados de la línea central. No tiene importancia en que dirección se corta la primera, pero deben ir alternándose. La tapa final debe colocarse de modo que el espacio interior mida 760mm

Detalles de la construcción de los diseños de 16 y 16+16 ranuras

La longitud de onda correcta para estos diseños es 161mm. La ganancia de la Unidireccional de 16 ranuras es de 15dB1 a 17dBi, verificados en mi test de cobertura, a través de toda la banda. En cuanto al funcionamiento, la de 16 ranuras ha dado unos resultados significativamente mejores que los obtenidos con mi antena comercial parabólica de malla Hyperlink Technologies model 2419G, que viene calificada de fábrica como de 19.1dbi de ganancia.

El ancho de las ranuras es de 15mm para la de 16 ranuras y de 12mm para la de 32 ranuras, el resto de las medidas clave es igual para ambas.

Hay disponibles para su descarga versiones PDF y DXF de los dibujos.(Muchas gracias a Jeff LaPlante por hacer este duro trabajo).

  El ZIP de los dibujos de la versión de 32 ranuras te lo

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puedes bajar de aquí.

Los dibujos de la nueva versión de 16 ranuras serán accesibles pronto ASAP (2/22/2002) 

Diseños para otros tamaños de tubo:El diseño óptimo para la unidireccional de 16 ranuras con el tubo del estándar Indio de 95.24mm x 38.39mm x 3.18mm da una longitud de onda de 163mm. Esto significa que las ranuras están centradas a intervalos de 163mm/2 = 81.5mm mejor que los 161mm que se utilizaron en los dibujos de Autocad. El conector N para el alimentador se separa sólo 25mm de la base y el desplazamiento con respecto a la línea central es de 10mm. La longitud de la columna de aire será de 163x8.75 = 1426mm. El ancho de las ranuras en el modelo de 16 no cambia y es de 15mm, y la longitud de las ranuras debería ser de 58mm. Para la omni de 16+16 se utilizará un ancho de 12mm.

El cono del alimentador no debe sobresalir mas allá de la mitad de la guía-ondas, de modo que, con este tubo, el alimentador no sobresaldrá mas de 19mm dentro del tubo. Por lo tanto, usa el mismo dibujo que he mostrado antes, pero haciéndolo a partir de una hoja de 17mmx34mm en lugar de la de 20x40.

Tubo de tamaño métrico de 100mm x 50mm x 3mm: Utiliza los mismos 161mm de longitud de onda que para los diseños del estándar de EEUU, pero desplaza el punto del alimentador 15mm con respeto a la la línea central, en lugar de los 10mm, para conseguir así una SWR más cercana a la unidad.

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(Si vives en una región del mundo que utilice un tamaño especial de tubo, por favor escríbeme)

Tornillos de ajuste fino de la SWR (Relación de Ondas Estacionarias)

Tú no tienes por que utilizarlos, pero los perfeccionistas pueden colocar en la guía-ondas dos tornillos de diámetro del nº10. El primero a 70mm de la base y el segundo a 90mm. Pueden utilizarse para ajustar la frecuencia central desde la nominal de 2440 hasta alrededor de 2420. Pero lo que es más importante, es que estos tornillos sirven también para eliminar parte de la reactancia de la antena, y reducir la SWR. La gráfica de smith que está a la derecha se calculó para la guía-ondas unidireccional de 16 ranuras y está dibujada para un rango de frecuencias de 2410 hasta los 2520 en pasos de 10MHz, sin ningún tornillo de ajuste. Insertando los tornillos de ajuste puedes ajustar la guía-ondas para una menor frecuencia central y mantener la SWR menor de 1.5:1 en toda la banda.

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Para aquellos de vosotros que estéis preparando los ficheros para hacer un ciento de esto chismes para vuestra red local gratuita podríais escribirme para hacer una sesión de ajuste, ya que puedo ayudaros para colocarlos de la manera más correcta.

La climatología y tu antena

Puedes utilizar tornillos y presillas de nylon, aluminio o acero inoxidable, pero no utilices de los normales (se corroen). A no ser que utilices para cubrir las ranuras algún tipo de hoja de baja absorción de RF (como el mylar o el kapton), los insectos harán sus casas dentro de tu antena y colocarán sus telas de araña en las ranuras. Para esto hay dos opciones, una es no preocuparte de ello y limpiar la antena con una manguera más o menos una vez al año, y la otra opción es utilizar y reemplazar regularmente una cinta protectora. Una cosa mas, la energía de RF que llega al extremo superior de la antena y rebota es relativamente poca, entonces, si colocas la antena boca abajo, podrías sin problemas hacer unos pequeños agujeros en la tapa final, de modo que permita la salida de agua e insectos que de otro modo podría acumularse allí. He simulado que hacía 4 agujeros de media pulgada de diámetro en cada esquina de la tapa superior y ello no afectaba al funcionamiento de ninguna manera apreciable. También simule la instalación de un enchufe de 2.75x1.75 pulgadas, (con aberturas de 1/2 pulgada para la limpieza) y tampoco encontré ninguna degradación apreciable. Te recomiendo, sin embargo, que no permitas que los insectos se acumulen cerca del cono de alimentación ...

Antena Omnidireccional de 6 dBi

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Por: Luis Angosto RahausenDiciembre 2005

                 

                     Pensando en quienes no tienen habilidades constructivas, les presentamos esta antena que, además de sus facilidades de fabricación, es muy económica.

                La antena es del tipo vertical, omnidireccional y corresponde a una combinación entre la antena Franklin y la denominada J-pole. Con esta combinación, se logra obtener una ganancia de  poco menos de 6 dBi, suficiente para aquellas aplicaciones donde no se requiere alta ganancia.

Materiales:

65 cm de alambre de cobre eléctrico de 3 mm de diámetro.

Herramientas:

Alicate de fuerza. Alicate cortante. Pié de metro. Cautín. Soldadura 60/40.

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Construcción:

1.- Retire el aislante del cable dejando desnudo el conductor.

2.- Utilizando una broca de 10 mm de diámetro como matriz (puede usarse cualquier otra pieza, por ejemplo un tubo o un lápiz) realice el doblez de la primera sección, de forma tal que la separación interior sea de 10 mm.

3.- Continúe haciendo los dobleces de la segunda, tercera, cuarta y quinta sección ( son todas iguales ) hasta obtener la forma final de la antena.

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4.- Verifique que no hay errores en las dimensiones y proceda a conectar el cable coaxial que usará para conectarse a su equipo. Para disminuir costos no hemos usado ningún tipo de conector.

5.- El punto de conexión se realiza en la primera sección de la antena que tiene la forma de una jota (J). El conductor central del cable coaxial se conecta soldándolo a 10 mm contados desde la base, en el tramo mas largo de la jota. La

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malla del cable coaxial se conecta soldándolo a 10 mm de la base pero en el tramo opuesto a donde se conectó el conductor central, es decir, en el tramo más corto de la jota.

Comentarios:

Como podrán haber observado, la construcción de esta

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antena es bastante sencilla y no presenta mayores problemas, pudiendo usarse otros materiales para fabricarla, preocupándose solamente de respetar las dimensiones. El prototipo lo construimos en los tramos rectos (verticales) con tubo de bronce y los tramos horizontales que forman una U con cable eléctrico de 1,5 mm, soldando las uniones.

Para evitar las deformaciones mecánicas y darle una mejor estructura  a la antena, podría encapsularse un tubo de PVC.

 

Kryzpagi, una antena para experimentarPor: Gerardo Lobos.

Septiembre 2005.

He visto muchas páginas sobre antenas Yagi y siempre me llamó la atención el LNBY California.  A partir de ahí, siempre quise experimentar con algo similar. Con el transcurso del tiempo al comenzar a experimentar con los sistemas 802.11 pude acceder a información de otras

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experiencias con guías de ondas con elementos dispuestos de manera similar a la antena California, fabricadas con envases de variados tipos y en especial, con el de las papas fritas Pringles, las que, comparativamente con el de las Kryzpo, difieren en el largo de ésta última. Por esto es que he debido adecuarme a las medidas de ese envase, para el diseño y construcción de la antena que aquí presento.

Experimenté varios días con una antena similar a la Cantena Yagi y los resultados me parecieron aceptables. Por eso he documentado este trabajo para que, usted, yo y otros experimentadores, sigamos desarrollando nuevas experiencias en nuestra América Latina. 

Leer, estudiar y analizar.

Generalmente recibo correspondencia donde se me consulta sobre: cómo o donde adquirir componentes y materiales, o preguntas de carácter técnico, cuyas respuestas o están incluidas o explicadas en los textos descriptivos. Esto demuestra que muchos experimentadores ven las imágenes y proceden a construir sin completar la lectura del artículo en su totalidad. En algunos casos me exponen problemas que, a poco de leer y entender, me doy cuenta que quienes las hacen han incurrido en errores como consecuencia que no habido una

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preocupación por la lectura y análisis del proyecto, antes de construirlo. Situaciones como las descritas, también las he observado en otros sitios. Por esto, comenzare por sugerir, que se ha de leer y analizar todo el artículo previamente y como es mi costumbre, decirles… Paz-Ciencia.   

Materiales 14 Cm. barra de hilo zincado de ¼” (Pernos Irua)06 Tuercas hexagonales zincadas de ¼” (Pernos Irua)05 Golillas Planas zincadas de 31 mm. de diámetro VER *Nota (Pernos Irua)   20 Cm. tubo aluminio 3/8” diámetro exterior (Maquimetal)50 Cm. de soldadura para gasfitería.01 Lata mini de pasta para soldar.01 Envase “vacío” de papas Kryzpo de 190 gramos01 Conector N Hembra Panel (Comercial Nataniel)05 Cm. Cable eléctrico de 2,5 mm.

* Nota: Las golillas que utilice son de 32 mm. de diámetro debido a que en el mercado local no encontré otra variedad. El diámetro ideal de estas es 29 mm. de diámetro aún cuando también podría soportar hasta 25 mm,lo que haría variar el montaje de los directores en el Boom por sus dimensiones. En otras palabras recuerde que se trata de una experiencia.

Herramientas importantes.01 Pie de Metro.01 Cautín para soldar de 80 watt.01 Un cortador de tubos.01 Lima bastarda

Manos a la obra.

El primer paso es redondear los cantos del hexágono de cada tuerca para que se puedan insertar y soldar  en cada

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golilla, tal como se puede apreciar en las cuatro primeras imágenes.

A continuación, proceda a soldar las tuercas. Previamente, limpie de todo óxido y gratitud con una virutilla de aluminio y detergente para lavar loza  todas golillas y tuercas, posteriormente, séquelas bien y aplique un poco de pasta para soldar. Enseguida proceda a soldarlas. En las fotos se aprecia una fijación con un perno en una tablita para realizar este trabajo. Sea ordenado y tenga PAZ-CIENCIA y así lograra buenos resultados al terminar.

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Después haga una perforación de 6 milímetros de diámetro en el centro de las dos tapas, enseguida corte un disco de plástico de 73 milímetros, el que se usará como soporte interior. Este debe caber cómodamente en el interior del tarro. Esto se hace con una de las tapas de papas Kryzpo.

Cortar 3 trozos de tubo de aluminio de 25 mm. y uno de 24,5 mm. de largo. Las piezas deben dimensionarse  con un Pie de Metro.

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 Comience a ensamblar los directores desde el disco de soporte interior hacia la tapa. Para esto corte un trozo de hilo de exactamente 133,5 mm. de largo.

Una vez terminado estos pasos previos, proceda a hacer la Guía de Ondas. Usted puede ver el método de construcción del irradiante de la Antena Kryzpo Versión 1.1.2.. Recuerde que debe considerar las medidas de la imagen que se muestra abajo.

¿Como determine las medidas del Boom y de los directores?

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Comencé por algunos cálculos básicos. La frecuencia de diseño para esta experiencia con la “Kryzpagi” es de 2347 MHz, que corresponde al Canal 6, por lo que eléctricamente el largo de onda para la frecuencia es:

Algunos cálculos básicos.

lambda = V * ƒ (GHz)

lambda = 300 / 2.437 = 123.1 mm.

El cuarto de lambda o cuarto de onda correspondiente es:

lambda l/4  = 123.1 / 4  = 30.7 mm.

Donde:

lambda = Longitud de onda expresada en milímetrosV = Velocidad de la Luz 300.000 Km/seg. ƒ = Frecuencia expresada en Gigahertz

De estos calculos  básicos se desprenden las dimensiones eléctricas del arreglo de los directores de la antena. En las siguientes imágenes se aprecian los directores que están montados en el Boom y alojados en el corte de una mitad de un envase de papas fritas Kryzpo.

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En ellas se puede ver como queda dispuesto en el interior, el arreglo de los Directores, el Soporte interior y la Tapa. Siempre reitero que: la prolijidad de su trabajo le dará más oportunidades de obtener buenos resultados.

A modo de ilustración, estas últimas imágenes muestran cómo quedaría la antena terminada. En ellas he cortado la

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tapa y el soporte para que usted pueda apreciar cómo quedan los directores una vez cerrada la Guía de Ondas. La foto de abajo, con el pequeño el círculo rojo, muestra, a la distancia, el punto de enlace de prueba distante a 1,2 Kms.

Una prueba de comparación con NetStumbler.

Al conectar la antena a mi tarjeta PCMCIA de 15 dBm (31mW) y una sensibilidad  superior a los -87dbm., pude hacer la comparación de la Kryzpagi con y sin los directores. Debo señalar que la ganancia con los directores se incrementa en varios decibeles (5 a 6 dB) tal como se aprecia en las imágenes y también con los directores incorporados, la antena se hace más directiva. El Access Point que enlacé genera 15 dBm con una antena omnidireccional de 5 dBi con "línea vista". La antena se

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encuentra instalada en el exterior con un cable coaxial de 1.8 mts. de longitud.

Comentarios

Como he señalado siempre,  estas publicaciones no son un compendio ni menos un tratado de antenas guía de ondas, sino exposiciones de experiencias, como resultado de lectura y estudio de distintos autores, aplicaciones de otros aficionados y por que no decirlo, una inquietud personal respecto del tema. Estos documentos están dirigidos a los principiantes y experimentadores y no tienen ninguna aplicación profesional ni comercial. Si el lector desea hacer alguna pregunta o aclarar dudas respecto del presente articulo escribanos a:   GUW/Foros.

Antena Dipolo (parte 1)

sábado, 01 de octubre de 2005

Por: Osorno. Región de Los Lagos

Nota del Comité Editorial de GUW

El artículo que en esta ocasión presentamos, por sus costos y mano de obra, implica un

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trabajo relativamente complejo, por lo que sugerimos analizar bien el artículo, buscar información complementaria, antes de su construcción.

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La antena dipolo de media onda, como elemento irradiante, es la base para el diseño de muchas antenas y eléctricamente, parte importante del mismo. Cómo muchas personas me han hecho la pregunta: ¿Cómo hacer la modificación de una antena de TV MMDS? O como popularmente se las conoce en nuestro país, TVMAX, he decidido presentarles el siguiente trabajo.

En muchas ocasiones he experimentado con estas antenas usando diferentes tipos de iluminadores y como reflector, una parábola rectangular, sin obtener los resultados esperados lo que me ha llevado a perseverar en busca de un resultado favorable. En la página de Marty Bugs encontré información de experiencias con dipolos como iluminador de parábolas rectangulares.

También  he visto algunas experiencias de amigos, como las realizadas porcon su iluminador Cantena, usando como  reflector el de una antena TranSystem, con resultados sorprendentes.

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MATERIALES

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4 cms. Teflón de 12 mm de diámetro (Plastigen S.A.)60 cms. Coaxial LMR400 o RG21330 cms. Cañería de cobre de 3/8” (Ferreterías)8 cms. Barra de bronce (Maquimetal)10 cms. Cable eléctrico de 2,5mm

HERRAMIENTAS IMPORTANTES

Pié de metro.Calculadora científicaCautín de 80 WattMarco de sierraHoja de sierra de dientes gruesosBroca de 2 mm de diámetro

MANOS A LA OBRA.

La tarea no es simple pero el resultado que se obtiene es bueno, considerando que esta primera parte nos adentra en una antena base para desarrollar otro proyecto o para utilizarla como antena referente, y así hacer algunas experiencias contando con una antena patrón. En la medida que seamos más prolijos y nos apeguemos a lo propuesto en el presente artículo, es más probable que usted tenga buenos resultados.  EL BALUN

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La base del proyecto es la buena adaptación de impedancia y esta tarea la hace el Balún, que se hace con cañería de cobre de 3/8”

ALGUNOS CÁLCULOS BÁSICOS PARA COMENZAR.

Estos cálculos elementales nos acompañaran en la construcción del proyecto. No deje de considerarlos.

Uno de los factores esenciales es la asistencia de un profesional del torno y aquí en mi ciudad recurrí a uno de ellos para preparar algunas piezas del Balún.

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La imagen de abajo muestra una secuencia de la antena, al centro de esta imagen que es el corte de la antena se puede apreciar en el interior la línea axial

PIEZAS PARA TORNEAR

Quien haga este trabajo debe tener el detalle de que se encuentra en la siguiente imagen, y quizás es mejor que usted imprima el articulo y lo y presente al mecánico tornero para que Él entienda lo importante que es el trabajo que usted le solicita. Las piezas a tornear se

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fabrican en Bronce y el elemento radiante que se muestra en la imagen esta hecho con cable para instalaciones eléctricas de 2,5 milímetros de sección. En la otra imagen se aprecian las dimensiones de los aisladores de Teflón

 

Una vez que tenga listas las piezas del Balún comience a ensamblar y terminar la antena, para ello comience por marcar las perforaciones de 2 milímetros en uno de los extremos de la cañería de cobre. Después de hacer las perforaciones se debe trazar una línea a lo largo de la cañería cuya longitud es de 32,5 milímetros, tal como muestra la imagen del centro, continúe haciendo el corte de la ranura con un marco de sierra. Esta ranura debe ser de 1,5 de ancho, retire las rebabas limpie el interior del tubo que en todo momento deberá estar libre de viruta metálica y grasa. También tenga siempre presente la imagen del Balún

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Después de terminar el trabajo de la cañería proceda a preparar el cable coaxial descubriendo la malla unos 15 cms. Posteriormente vuelva la malla hacia atrás por sobre la cubierta del cable coaxial (puede ver en las imágenes como queda la malla). Enseguida con un cuchillo saque la cubierta aislante teniendo la precaución de hacerle corte a 2 milímetros desde el doblez de la malla.   

 

Acto seguido, con mucho cuidado, debe estañar los puntos de conexión. Haga esto con soldadura para conexiones electrónicas. Tenga cuidado con el aislante del coaxial. Después, introduzca el coaxial a través del tubo de cobre como muestra la imagen. Tenga cuidado al hacer esto y no olvide Paz Ciencia. 

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Luego comience por soldar la pieza axial del Balún. Enseguida limpie bien el flux (el fundente que trae la soldadura) y saque los excedentes de soldadura que hallan quedado. A continuación, instale los dos aisladores de teflón. Atención. Por ningún motivo utilice pastade soldar como fundente en este proceso.

 

Una vez que este centrada y en su lugar la línea axial del Balún, debe soldar el elemento exitado del dipolo. Una vez más tenga cuidado al realizar estas soldaduras. Mientras más prolijo sea el trabajo y cuidadosas las terminaciones mas posibilidades tendrá de obtener buenos resultados. Insisto, Paz Ciencia. 

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En estas imágenes están destacadas las dimensiones físicas del dipolo para la frecuencia de trabajo (Canal 6 - 2.436 GHz.)

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Ahora que tiene un dipolo de media onda puede utilizarlo haciendo pruebas y experimentando con él. Así puede familiarizarse con esta antena. El motivo de haber desarrollado este proyecto de experimentación, denominándolo como: Primera Parte, es porque en un futuro próximo, publicaremos una aplicación de este dipolo como parte de una antena direccional, en que utilizaremos un reflector parabólico rectangular. También, es posible que se publiquen otros modelos de antenas utilizando un dipolo de similares características. La idea esta a futuro planteada, hoy después de leer este articulo queda planteado el desafío para construir este Dipolo de Media Onda. Si desea hacer una consulta relevante a este trabajo, diríjase al Foro Antenas de GUW.

Antena Sectorial AMOS

Por: Dragoslav DobričićAdaptación: Luis Angosto R.

Agosto 2005

            Para aquellos que tengan interes en experimentar con antenas sectoriales, presentamos esta interesante variante diseñada por don Dragoslav Dobričić, basada en la conocida antena tipo Franklin, a la que se le ha agregado un reflector.

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            Esta antena tiene algo mas de 12 dBi de ganancia y un lóbulo de radiación horizontal de 120º y 15º en el vertical, haciéndola una muy buena alternativa para cubir sectores amplios. Otra carácteristica destacable es que también posee lóbulos de radiación secundarios importantes con lo que se logra dar cobertura a los equipos que están cerca de la base de la antena. La relación de ondas estacionarias (ROE) se mantienen por debajo de 1,5:1, en todos los canales.

Diagrama de radiación horizontal

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Diagrama de radiación vertical

            Su construcción no presenta complicaciones mayores y como es habitual, recomendamos leer

detenidamente el artículo completo antes de iniciar el proyecto y respetar las dimensiones.

Materiales:

60 cm de alambre de cobre de 2 mm de diametro. Una placa de circuito impreso de faz simple de 455 x

62 mm. 4 separadores. Un trozo de 70 mm de cable RG/58, para el Balún. Un conector SMA, N o TNC.

Dimensiones:

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Construcción:

            Prepare los cuatro separadores de 15 a 18 mm de largo, haciendo una perforación de 1,8 mm a 10 mm de un

extremo. Por esa perforación pasará el alambre de la antena y al fijarlos al reflector producirá la separación necesaria. El material para los separadores se puede

obtener de la aislación interior del cable coaxial RG-8 o RG-213. En caso de no contar con este material podrá usarse cualquier otro que  permita hacer una estructura sólida

entre la antena y su reflector, produzca la separación de 10 mm y que se comporte como un aislador para

radiofrecuencia. Para comprobar esto último bastará introducir el material elegido a un horno de microondas a

máxima potencia, durante un minuto. Si el material se

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calienta o entibia, habrá que descartarlo y buscar un sustituto.

            Corte el alambre de cobre en dos secciones de 300 mm cada una. Observe que la antena está formada por dos secciones idénticas. Luego inserte dos separadores en cada

trozo de alambre para que no tenga dificultades para ubicarlos.

            Realice el doblez del alambre para formar la primera sección, guiándose por los dimensiones que aparecen en la

figura "Dimensiones" anterior, hasta obtener una forma igual a la siguiente:

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              Antes de iniciar el boblez, cerciórese que los separadores queden correctamente ubicados. En seguida, prepare la segunda sección, siguiendo los pasos descritos

para la primera.

            Terminadas las dos secciones, verifique las dimensiones y corte el sobrante. Recuerde que hemos iniciado la construcción con un alambre de 300 mm de

largo, pero el largo total de cada sección es de 299,3 por lo tanto, sobrarán 0,7 mm que deberemos cortar.

            Ahora, prepare el reflector. Para esto, realice una perforación en el centro de la placa de circuito impreso. El diametro de esta perforación deberá ser acorde al cable que utilice para fabricar el pigtail. Si el cable es RG-58,

utilice una broca de 6 mm. Si es RG-8 o equivalente, 11 mm será adecuado. En todo caso la medida de esta perforación no es crítica y su función es la de permitir el paso del cable

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coaxial a traves del reflector. En caso de no obtener la placa de circuito impreso de las dimensiones necesarias, podrá construir el reflector utilizando dos placas soldadas

entre sí.

            Presente, centre y pege, en el reflector , los separadores de ambas secciones de la antena con

cianocrilato ( La Gotita ), dejando una separación entre ellas de 4 mm. En estos extremos se conectará el Balun y el

pigtail.

Balún:

            La antena presenta una impedancia de 200 ohms por lo que se hace indispensable el uso de un Balún. Para fabricarlo, utilice  el trozo de 70 mm de cable coaxial RG-

58. Retire 10 mm de la aislación exterior y corte una sección de la malla expuesta,en ambos extremos, para

obtener  un largo total de ésta de 40,7 mm. Luego retire la aislación del conductor central para dejarlo expuesto. Doble

el cable para formar una U.

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Conexiones del Balún

            Ahora, tome un extremo del cable coaxial que utilizará como pigtail y deje descubierto 6 mm del

conductor central y 5 mm de la malla. Enseguida suelde el conductor central de un extremo del Balun al conductor central del cable del pigtail. Luego, suelde la malla del

pigtail a la malla del  Balún, en ambos extremos. Nota: La medida importante del Balún son los 40,7 mm, la cual

deberá respetarse. Las otras conexiones deberán hacerse lo mas cortas que sea posible.

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            Como se observa en las fotos, tendremos dos puntos para conectarlos a cada sección de la antena.

Revise nuevamente que no hallamos comentido ningún error en la fabricación del Balun ni en la conexión al pigtail.

Facilmente puede ocurrir que,  uno de los alambres que forman las mallas estén haciendo contacto con alguno de lo

conductores centrales. Recomendamos revisar detalladamente este aspecto. Ojalá con una lupa de ser

necesario.

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            Habiendo confirmado que no tenemos ningun error en las conexiones proceder a soldar cuidadosamente cada punto de conexión del Balún y pigtail, al extremo de cada

sección de la antena. Observe que las conexiones son cortas y la soldadura se presenta fluida y sin

protuberancias.  Es eso lo que debemos lograr.

            Por último, se deberá instalar el conector, en el extremo libre del pigtail. Siga la instrucciones de montaje del fabricante del conector que haya elejido y habremos terminado  la construcción de esta antena. No hemos sugerido el uso de ningún conector en particular dado que

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el constructor deberá obtener aquel  que le sea mas adecuado a sus requerimientos considerando la disponibilidad de esta pieza en el mercado.

Antena teminada instalada en un mastil de soporte

Así construí mi antena tipo ladrillo - "Brick"

Por: Daniel Vásquez Barría. danvasquez@entelchile.net

La Unión, X Región de los Lagos

Actualizado en Agosto 2005.

Una tarde, en compañía de un amigo construí mi "Ladrillo" BRICK. y quisiera mostrar a ustedes esta experiencia pues me dejo muy satisfecho y los resultados superaron  todas mis expectativas.

Los detalles y planos los encontrarán en la guía que se encuentra en: GUW/Artículos/Construcción de Antenas o en Chilewireless. Este documento es solo un complemento para el método de construcción de la publicación que hizo Gerardo Lobos en ambos sitios y como decía, nació a raíz de mi deseo de hacerme mi propia antena "Ladrillo" mientras compartíamos un aperitivo, en una nublada y lluviosa tarde de Noviembre de 2004.

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El primer paso fue trazar el perfil con un lápiz grafito, utilizando un Pie de Metro. Primeramente marque la profundidad de la cavidad de la guía de ondas y enseguida tracé  lo que serian las perforaciones del conector.

  

Después, con un punto centro, hice las marcas en donde debía perforar. Primero hice una perforación con una  broca de 3 mm para guiar la broca de 9 mm, para el centro del conector" N" hembra para panel.

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A continuación,  marqué las perforaciones del flange del conector, como se aprecia,  el centro del trazado es el punto del pin central del conector. Esto es muy importante ya que un milímetro en 2,4 GHz,. es gravitante a la hora de los resultados en cuanto a la eficiencia de la antena. Acto seguido, realicé los mismos pasos anteriores solo que, para las cuatro perforaciones, utilicé primero la broca de 3 milímetros y después una broca de 3,5 milímetros.

El motivo de utilizar una broca de 3,5 milímetros no es otra que poder colocar los pernos de 3 milímetros, de cabeza plana, desde el interior hacia fuera de la cavidad de la Guía de Ondas. Esto es importante puesto que la cavidad se ve

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afectada eléctricamente por cualquier elemento metálico que sobrepase 1 milímetro por sobre la pared interior de ésta.

Después, hice la tapa posterior de la guía de ondas con aluminio de 1,5 milímetros de espesor. Acto seguido tracé los centros, donde haría las perforaciones para fijar la tapa.

Hice las cuatro perforaciones como indica la imagen de la izquierda y enseguida, con unos remaches Pop, fije la tapa.    En la imagen de la derecha se pueden apreciar las perforaciones del conector N panel y el trazo con grafito de la tapa posterior de la cavidad.

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A continuación, hice el elemento excitado de lambda ¼.

Instalé el conector con el drive, coloqué los pernos y probé mi antena BRICK. La conecte a una tarjeta Orinoco 802.11b, modelo 8420WD, de 15dBm de potencia, con un pigtail de 2 metros de longitud.

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Este fue el resultado cuando enlacé una estación, con línea vista, a 1.5 Km de distancia y que posee una antena omnidireccional de 14 dBi.

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También hice unas pruebas por el método de comparación, respecto a una antena de Lambda ½ y obtuve una excelente ganancia. Alrededor de 9.5 dB, aún cuando  es una prueba comparativa, el resultado me dejo muy tranquilo y conforme.

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