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martes, 2 de abril de 2013

PROBANDO ANTENA DE 2 METROS

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                 ANTENA    DE    2  METROS

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ANTENA MSI (MÁS SIMPLE IMPOSIBLE)

La antena GP es un clásico del cual hemos hablado en esta web con anterioridad, y he publicado diversos artículos sobre ella. Además si buscas por internet, hay infinitos recursos sobre la antena GP o Ground Plane. Tal vez al lector le sorprenda el nombre de la antena, probablemente no lo haya escuchado nunca, no se extrañe, el nombre se lo he puesto yo.

Vista de la antena versión 432 MHz.

Vamos a desglosar dicho nombre. La primera parte es evidente, califica la antena, es un término acuñado hace algunos años en una de las reuniones anuales del EAQRP CLUB, en Sinarcas, hace referencia a antenas, cuyas características son: Simplicidad, excelencia en el funcionamiento, económicas (preferentemente gratis), y realizadas con materiales reciclados, tambien conocidos como materiales Delcon (DEL CONtenedor). Si la antena no reune esas características, no es posible calificarla como "Cutre-Antena". La segunda parte del nombre es la abreviación de Más Simple Imposible. Es decir fácil, pero fácil con rabia. De hecho la única habilidad que se requiere para montar esta antena, es poder utilizar un destornillador, de ahí su nombre, Más Simple Imposible (MSI)...


Pero ¿qué es realmente la MSI?, bueno, pues contra lo que estamos acostumbrados (ya que generalmente hablamos de cosas que evolucionan, que mejoran con adelantos y desarrollos científicos), en este caso se trata de una "involución", es decir de un paso atrás en complejidad constructiva y estructural -que no en desempeño- de un clásico de las antenas... la antena GP. Lo cierto es que no hemos descubierto la rueda, que hace años que está inventada, sino que ofrecemos una versión simplificada de dicha antena. 
Clema de Electricista
Sobre el funcionamiento de una antena GP, sólo indicar muy brevemente que tanto el elemento radiante como los radiales son un cuarto de onda de la frecuencia de interés. Los radiales actúan como contra-antena, constituyendo así el plano de tierra y eliminando la necesidad de que la antena tenga una "tierra real". Sobre el funcionamiento de la antena no voy a escribir más, ya que sobre teoría de esta antena hay infinitos artículos en internet y en libros de referencia. 
En cuanto a la colocación de los radiales, hay que bajarlos hasta que los radiales formen con el elemento radiante un ángulo de unos 120 grados. Otra forma de verlo es que los radiales formen entre si un triángulo equilátero. No hace falta sacar la escuadra y el transportador de ángulos para ajustar los radiales, a ojo queda fenomenalmente bien. Además, si mientra baja los radiales, observa el medidor de estacionarias, verá que el mínimo se obtiene más o menos en esa configuración.¿Para qué bandas funciona?, he realizado versiones para UHF y en VHF pero construirla para otras frecuencias es tan sencillo como calcular un cuarto de onda, la veo ideal para frecuencias de vhf para arriba, aunque no hay inconveniente (más allá de las dimensiones) en calcularla y realizarla para longitudes de onda más largas. ¿Qué ROE muestra? entre 1.1:1 y 1:1 en toda la banda (¿no está mal, verdad?) ¿cuanto cuesta en euros?, unos 4 euros (suponiendo que no tenga un SO-239 en tu caja de radio, ni una clema de electricista, en cuyo caso el precio baja a "cero pelotero")
¿qué rendimiento saca?, bueno maticemos la pregunta, ¿qué rendimiento saca?, pero ¿comparado con qué?. Si la comparas con una directiva de 20 elementos y 4 metros de boom, su rendimiento será muy bajo (aunque también el coste en euros y de instalación), sin embargo, es una antena que dejará temblando una antena de walkie, competirá decentemente con una antena de móvil y por supuesto podría llegar a ser una antena de base (nuevamente matizando) ya que para que fuera de base habría que usar una técnica constructiva más robusta. La antena no muestra una ganancia espectacular, sin embargo, si usted observa a su alrrededor, la antena GP, y concretamente en su configuración con 4 radiales (ligeramente diferente a la que propongo), es posiblemente una de las antenas de emisión más comunes que podemos ver en el rango de frecuencias que indicamos. Otro "ad on" que tiene la antena es que es completamente desmontable, y que aprovechando el mismo so-239 se pueden montar versiones ajustadas a la frencuencia de trabajo que nos interese. Si el lector sigue los pasos descritos, la podrá llevar dentro de un tubo de pvc dentro del maletero del coche ocupando muy poco espacio, y estará lista para operar en el tiempo que usted aprieta 3 tornillos. Además la antena lleva su plano de tierra incorporado con lo cual no nos tenemos que preocupar de si hay "buena tierra" o no, la podemos colocar perfectamente en lo alto de un mástil... recuerde que en antenas (por regla general), más alto = mejor.

La polarización, lógicamente es vertical, por tanto ideal para comunicaciones entre estaciones fijas, repetidores, etc. El ángulo de radiacíón también es bajo, luego este punto también es favorable al uso de esta antena. El diagrama de radiación es eminentemente omnidireccional, lo cual permite que la antena funcione igual de bien en cualquier dirección.

¿cuales son las diferencias con respecto a una GP tradicional? En primer lugar el número de radiales. Las antenas GP para vhf y uhf suelen llevar 4 o más radiales, sin embargo, en un texto de la arrl (ver referencias más abajo), presentan una antena de vhf con sólo 2 radiales. Experimentando con 2 y 4 radiales, (abajo adjunto tabla con resultados), se puede apreciar que el comportamiento de la antena es casi idéntico con 2 que con 4 radiales, por tanto esto simplifica la antena e introduce mejoras en cuanto a transportabilidad y montaje. En cuanto a la técnica constructiva empleada, también es diferente, no se emplea soldadura, sino tornillos y no hay que hacer agujeros ni ningún tipo de manipulación con herramientas. Los materiales que se emplean son los siguientes:

  • Varilla de alambre conductor (en mi caso, he utilizado aluminio, recuperado de retales procedentes de instalaciones de acometidas en una urbanización próxima a mi casa, el aluminio es de excelente calidad y 3 mm de espesor, lo más complicado de esta recuperación es eliminar la camisa del cable que es muy dura, para ello he realizado unos cortes longitudinales al cable hasta llegar casi al aluminio y luego con ayuda de unos alicates estirando hasta eliminar completamente la camisa. Los alambres de aluminio que salen hay que estirarlos convenientemente para que queden completamente rectos). Sin embargo el lector puede utilizar otros materiales que tenga a su disposición como cobre o similar.
  • Conector SO-239, lo compraremos en una tienda del ramo.
  • Clemas de electricista. Esta parte también tiene "truco". Cogeremos las clemas de electricista y les quitaremos el plástico aislante para dejar únicamente la parte metálica y los tornillos. Con uno de los tornillos sujetaremos el elemento metálico al conector y el otro tornillo lo utilizaremos para apretar el alambre. Esta operación la repetiremos con el otro radial, y de igual forma procederemos con el elemento central. La ventaja de esta forma de hacer la antena es que nos permite montar y desmontar la antena en muy pocos segundos, y podemos tener varillas preparadas para las bandas que nos interese, de tal forma que se convierte en una antena, sencilla, portable y polivalente.


Las medidas: Para la versión de UHF, Elemento Radiante mide 16,3 cms. Y los radiales miden lo mismo, la fórmula empleada para calcular el cuarto de onda es la típica: 300/435/4*0,95, es decir 300 (velocidad de la luz), dividido entre 435 Frecuencia centro de nuestra banda de interés, dividido entre 4 para calcular un cuarto de onda, y multiplicado por 0,95 para reducir un 5% la longitud (efecto del alambre). Para la versión de VHF, las varillas miden 49 cms.

En resumen, se presenta una antena tipo GP simplificada en cuanto al número de radiales y técnica constructiva. La Más Simple Imposible, es eso sencilla, eficaz y económica, filosofía qrp total "hacemos más con menos". Finalmente, y como siempre, le invito a la acción, no se contente con leer el artículo, construya, experimente, disfrute de la radio...

Comparación de Roe para la banda de 432 con 2 y 4 radiales



Análisis comparativo de Roe variando únicamente el número de radiales
Frecuencia en Mhz
Roe con 2 radiales
Roe con 4 radiales
430,000
1.2:1
1.1:1
431,000
1.2:1
1.1:1
432,000
1.2:1
1.1:1
433,000
1.1:1
1.1:1
434,000
1.1:1
1.1:1
435,000
1.1:1
1.1:1
436,000
1.1:1
1.1:1
437,000
1.1:1
1.1:1
438,000
1.1:1
1.1:1
439,000
1.1:1
1.0:1
439,975
1.1:1
1.0:1




Referencias: “Simple and Fun antennas for Hams”, Arrl.

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ANTENA SLIM JIM

ANTENA SLIM JIM PARA LA BANDA DE VHF (VERSIÓN PLUMBER'S DELIGHT)

En este artículo describo la antena Slim Jim, es una antena cuyas características principales son el ancho de banda y el bajo ángulo de radiación, lo cual hace de estas antenas elementos radiantes muy apreciados por los entusiastas del radioscanner. La antena construida presenta un ancho de banda de 20 MHz, por debajo de ROE 3:1 y 15 MHz por debajo de 2:1, y 11 MHz por debajo de 1,5:1. Está construida en cobre de 12mm, estilo "Plumber's Delight" (delicia de fontanero), y el funcionamiento es realmente bueno.
¿Le apetece construirse una?

El diseño de esta antena se debe a G2BCX, su nombre, a parte de lo que pudiera parecer en relación a un nombre personal “JIM”, realmente debe su nombre a la forma que tiene de adaptar la impedancia en su extremo inferior: el “J Integrated Match”, y efectivamente es una antena “delgada”, cuya impedancia se adapta mediante un cuarto de onda plegado.

Conceptualmente la antena tiene dos partes, la superior, que es un dipolo de ½ onda plegado, que es alimentado en su parte inferior por ¼ de onda, también plegado, que constiuye el “JIM” al que hacíamos referencia en el párrafo anterior.

Las similitudes con una antena tipo “J” son más que evidentes, sin embargo, esta antena presenta con respecto a otras antenas también sencillas, como las “J”, “colineales” o “verticales”, una característica que la diferencia, y es su bajo ángulo de radiación. El ángulo de radiación de una antena “J” es del orden de unos 30º, mientras que la “Slim Jim” tiene un ángulo de radiación casi paralelo al suelo.

Esta propiedad, junto con un ancho de banda más que respetable, hacen de esta antena un aéreo muy apreciado por los entusiastas de los scanners, ya que proporciona un rendimiento excelente.

También es una propiedad no desdeñable en esta antena, la facilidad de construcción, tanto en versiones “plumber delight”, (es decir todo cobre, o “delicia de fontanero”), como en versiones más ligeras, a base de alambre, e incluso es muy fácil construir una versión de esta antena con cinta Twin Lead de 300 Ohm., quedando en éste último caso una antena enrollable a la que se le puede atar una cuerda en su extremo superior y colgarla de cualquier árbol. De esta forma nuestro walkie, cambia “de dimensión”...

La “Slim Jim” no necesita plano de tierra, por tanto es factible colocarla a lo alto de un mástil, sin ser tributaria de ningún tipo de radial, ni plano de tierra.

La única peculiaridad que posee esta antena es que debe de estar aislada del mástil, si éste es metálico, por tanto hay que ingeniarselas para o bien separarlo del mástil mediante trozos de tubo o de madera, o bien (en versiones ligeras), diseñarlas para colgarlas de una cuerda en un árbol o similar o colocar una extensión al final del mástil metálico, en madera protegida contra la intemperie o bien de tubo de pvc.

CRITERIOS BÁSICOS DE DISEÑO PARA 145 MHZ.

En cuanto a los criterios de diseño, son realmente muy sencillos, partimos de una longitud de onda: 300/145 = 2,06 m.

Vamos a tomar como factor de acortamiento un 2,5%, que compensará el efecto del diámetro del tubo con respecto a la longitud de onda. Puesto que es una antena con un ancho de banda muy amplio, nos nos complicaremos en exceso la vida con este tema, simplemente debemos tener en cuenta que si el diámetro del conductor que tomemos es más fino, el factor de acortamiento será menor, y si es más grueso, mayor. Tomemos como valores de acortamiento típicos entre un 5% para un tubo de 2 cms., a un 2,5% para uno de 1 cm. Si usamos alambre, el factor de acortamiento lo estableceríamos en un 1,5%, son valores orientativos, ya que pueden variar algo con los aisladores que pongamos entre los dos tubos.

Bueno, el tubo que vamos a usar es de 12 mm., tomamos 2,5% como factor de acortamiento. 2,06 * 2,5% = 5,15 cms., 206 cms. - 5,15 = 200,85 cms. Es decir tomaremos 201 cms. Como una longitud de onda completa.
A partir de aquí el cálculo de la antena es trivial:

Ramal largo= ¾ de onda 201/4*3 = 150,7 cms.
Ramal corto= ¼ de onda 201/4 = 50,25
Ramal medio= ½ onda 201/2 = 100,5

El espacio entre el ramal corto y el medio, lo establecemos en 2,5 cms., por tanto a ambos ramales les acortaremos 1.25 cms., así el corto quedará de 49 cms. Y el medio de 99,25 cms.

La separación entre los tubos no es crítica, yo he utilizado separaciones de 6 cms. Se pueden utilizar separaciones menores sin ningún problema, de hecho la separación la he ajustado al tamaño de las cajas estancas con las que he aislado las conexiones.

AJUSTE:

El ajuste no puede ser más sencillo, el vivo va a uno de los tubos, y la malla al otro, en la parte inferior, que es la parte “JIM”, simplemente iremos subiendo y bajando ambos a la vez hasta que la roe sea lo más baja posible, si se siguen las instrucciones y medidas mostradas en este artículo, la roe será de 1:1, es decir un ajuste perfecto, o muy próximo a este valor.

CONSTRUCCIÓN:

Versión “Plumber Delight”, o “delicia de fontanero”
En este caso partimos de tubo de cobre de 12 mm, más 4 codos de 90º, para el cálculo de las dimensiones de los tubos tenemos que tener en cuenta el trozo que entra dentro del codo y el trozo que constituye el propio codo.

Esta versión es muy fuerte, robusta, pero nada ligera.

Para montarla tenemos que tener unos mínimos conocimientos de soldadura con cobre y estaño. Necesitaremos una lámpara de fontanero para las soldaduras, lana de acero o similar para limpiar el cobre, flux para facilitar la soldadura, estaño grueso.

Herramienta de corte de tubo de cobre, muy económica que nos permitirá cortar el tubo sin rebabas. Si no dispone de ella, puede cortarlo con una sierra y luego limar los bordes para que encaje bien en los codos.
Flux utilizado para facilitar la soldadudra en el cobre. Se aplica una vez hayamos limpiado muy bien el trozo a soldar con lana de acero o una lija muy fina.
En esta imagen el tubo superior ha sido limpiado con lana de acero. Tiene que queda perfecto.
Al tetón de la caja aisladora, le practicaremos con un cutter un orificio menor que el diámetro del tubo (ej. unos 10mm.).
Aspecto del tubo con el tetón alojado.
Caja de conexión.
La separación entre los tubos superior e inferior es de 6 cms. La separación entre los 2 tubos inferiores es de 2,5 cms.
La antena presentada dentro de la caja de conexión (No se olvide de introducirla ANTES de soldar los tubos)...
Vista del punto de ajuste, en este caso hemos utilizado dos bridas metálicas ajustables con destornillador.

La técnica de soldadura es muy sencilla:

Se limpia la zona a soldar, se introduce un tubo dentro del codo, se aporta el flux y se calienta con la lámpara, este último es el paso crítico, y hace falta algo de experiencia para saber cuando está caliente suficientemente, básicamente, el cobre adquiere una tonalidad más roja, tirando a cereza, pero sin llegar al rojo vivo, en ese momento, quitamos la llama y aplicamos el estaño justo en la unión entre ambas piezas, por capilaridad el estaño penetra en la junta realizando una soldadura perfecta. No considero que sea buena idea que éste sea su primer proyecto de calderería, si se decide a hacerlo como primer proyecto, haga primero unas prácticas y en soldadura, hasta que tenga la suficiente confianza y habilidad como para soldar su antena.

Gráfico de Roe donde se puede apreciar el gran ancho de banda de esta antena.

Dada la sencillez del proyecto, nada impide realizarlo con coaxial, twin lead o cable de electricista. Yo personalmente he montado varias con twin lead, para mejorar la emisión del walkie de 2m. en portable, y el resultado, comparativamente con una antena "de porra" es sencillamente espectacular. Además de enrolla perfectamente y cabe en el bolsillo de la chaqueta...

Que lo disfrute.

EA5BFT - "Pedrolo"

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