DIPOLO V INVERTIDA, CON BALUN 4:1.

DIPOLO V INVERTIDA CON BALUN 4:1 PARA BANDAS 40 - 15 - 12 - 10 METROS

Por: Ramón Miranda, YY5RM ( ramon.miranda811@hotmail.com )

Saludos Colegas. Siempre que requerimos instalar estaciones HF y optamos por usar antenas Dipolos de 1/2 λ en V invertida, luego de realizar cálculos de longitudes, eventualmente la distribución del espacio físico disponible resulta inadecuado para su debida instalación. Para solventar el problema y evitar uso de antenas de longitudes reducidas, como posible solución existen diseños de antenas Dipolos que igualmente son de 1/2 λ, pero con la diferencia de ser alimentadas fuera del centro de las mismas.  En el presente artículo se sugieren técnicas posibles para optimización de antenas Dipolos Windom y sus variantes.

TEMAS

1.                  Presentación gráfica de antenas Dipolos Windom.

2.                  Técnicas y condiciones básicas para optimizar antenas Dipolos.

3.                  Bondades de las antenas Dipolos Windom.

4.                  Procedimiento para modificar Dipolo V invertida, en Dipolo Windom Carolina.

5.                  Anexos.

6.                  Comentarios finales.

ANTENAS DIPOLOS WINDOM, EN V INVERTIDA

TÉCNICAS Y CONDICIONES BÁSICAS PARA OPTIMIZAR ANTENAS DIPOLOS

① La altura con respecto al suelo modifica la impedancia de la antena. Para Dipolos de 1/2 λ en V invertida, la altura ideal para adaptarse a nuestros equipos de radios es aproximadamente 1/4 λ (aproximadamente 10 metros de altura, en banda de 40 metros).

② El ángulo conformado entre ambos brazos de la antena Dipolo en V invertida, modifica la impedancia de la misma (si la altura es 1/4 λ, 90° es el ángulo ideal para nuestros equipos de radios).

③ Es posible desplazar el punto de alimentación de las antenas Dipolos (alargar un brazo y recortar el otro, pero manteniendo la longitud de resonancia), con el propósito de ubicar la impedancia que mejor se adapte a la relación de conversión del balun.

En el archivo " Ensayos con Dipolos.pdf" se muestran imágenes de técnicas 1, 2 y 3.

④ Contrario a la técnica ③, es posible modificar la relación entre números de espiras en los devanados del balun, con el propósito de ubicar la relación de conversión de impedancias, que mejor se adapte a la antena Dipolo (descrito en el archivo “Balun y Centro de Antenas para Dipolos.pdf”).

⑤ La longitud de resonancia en las antenas, determinan máxima eficiencia de las mismas (mejor resistencia de radiación y optima distribución de corriente).

BONDADES DE LAS ANTENAS DIPOLOS WINDOM

La principal cualidad de las antenas Dipolos Windom, es lograr excelente equilibrio de impedancias, indiferentemente de la altura sobre el suelo, ángulo del vértice conformado entre ambos brazos, ni uso de dispositivos acopladores.  Mediante las técnicas anteriores ③ y ④, es posible obtener 1.0 ROE real, debido a que no se requiere alterar la longitud de resonancia del Dipolo para lograr correcta optimización del sistema.

La relación inicial entre longitudes de ambos brazos de la antena Dipolo Windom , es de 1/3 ↔ 2/3 y se acopla a la línea coaxial de 50 Ω mediante un balun de relación 6:1 (300 Ω ↔ 50 Ω), mientras que la antena Dipolo Windom Carolina se acopla a la línea coaxial de 50 Ω mediante un balun de relación 4:1 (200 Ω ↔ 50 Ω) y la relación inicial entre ambos brazos es de 40% ↔ 60%. Estos baluns 4:1 y 6:1, son de fácil construcción y tienen menores posibilidades de producir pérdidas por calor, que los de relación 1:1, debido a que la corriente en el brazo largo o derecho del Dipolo, es poco afectada por las inductancias de dicho balun.

El ancho de banda útil, determinado por antenas Dipolos Windom, es considerablemente mayor al de las Dipolos estándar (más de 1 MHz en banda de 40 metros).

El inconveniente de desplazar el punto de alimentación en antenas Dipolos, es el problema de irradiación en la línea coaxial y posible presencia de RF en la sala de radios (produce interferencias con TV,  radios FM comercial y otros), razón por la que se debe adicionar un choque de RF para suprimirla. 

 PROCEDIMIENTOS PARA MODIFICAR DIPOLO V INVERTIDA, EN DIPOLO WINDOM CAROLINA

1.     Para garantizar el correcto ajuste, es preferible usar longitud múltiplo de 1/2 λ en la línea coaxial (en el artículo “Longitud del Cable Coaxial y Nodos.pdf“, se explica la teoría aplicada al tema y cálculos).

2.     Reemplazar el balun 1:1, por otro de relación 4:1.

3.  Debido a que es posible optimizar variando la relación entre longitudes de ambos brazos, también es posible usar tubos mástiles de alturas aleatorias (preferiblemente mayor altura que la estándar).

4.   Recortar la longitud del brazo del Dipolo, conectado al terminal “brazo izquierdo” del balun, hasta aproximadamente 8 metros de largo. En caso de tener bobinas es posible colocarle jumpers (puentes) para deshabilitarlas. Fotografía siguiente izquierda.

5.   Adicionar un tramo de longitud al brazo del Dipolo, conectado al termina “brazo derecho” del balun, para alargarlo hasta aproximadamente 12 metros de longitud. Fotografía siguiente derecha.

6.    Para optimizar,  inicialmente se recorta el brazo largo y adicionando longitud en el brazo corto, para verificar mejoras en lecturas de mínimo ROE (procurar que se mantenga la relación aproximada de 40-60% entre los ambos brazos de la antena). En caso que desmejore las lecturas de ROE, realizar el procedimiento inverso (recortar longitud del brazo corto y adicionar longitud en el brazo largo).

7.   En caso de disponer de instrumento analizador de antenas, inicialmente se determina la correcta longitud de resonancia (donde jX = 0 Ω) y de ser posible, modificar la relación de conversión en el balun, hasta obtener ROE perfecta (1.0) o similar.

7.1 Ejemplo:

7.2 Luego se debe modifica la relación de conversión en el balun, o aplicar el procedimiento # 6, hasta obtener 1.0 ROE.  Para este coso, se aplicaron ambas técnicas, donde se eliminó una sola espira en el bobinado del balun que conecta al brazo izquierdo del Dipolo, y el punto de alimentación se desplazó unos pocos centímetros (se alargó el brazo corto y se redujo la longitud del brazo largo):

RESULTADOS

Con estos cambios, cualquier antena Dipolo V invertida mejorará notablemente y sin depender de bobinas (en caso de tenerlas ), especialmente en ancho de banda útil (1 MHz con menos de 1.5 ROE, en banda de 40 metros) e intensidad de campo en el brazo largo, pudiendo considerarse excelente solución para usar en espacios mal distribuidos. A continuación se muestran los extraordinarios anchos de bandas para el 1er y 3er armónico (el núcleo del balun empleado para las pruebas, no fue apto para ensayos en banda de 10 metros).

El choque RF más popular consiste en enrollar de 7 a 8 espiras del mismo cable coaxial en 20 centímetros de diámetro o el mismo equivalente en longitud, pero enrollado en tubo PVC. Procurar que el coaxial bajante quede separado del mástil. Al igual que muchos diseños de antenas, esta porción de la línea irradia energía y por ende forma parte de la misma antena.  Igualmente es posible emplear ferritas que abracen a la línea coaxial.

ANEXOS

Para construir antenas Windom de longitud reducida, se requiere una sola bobina, adicionada en el brazo corto o izquierdo del Dipolo. Ambos brazos son de longitudes aleatorias y se sugiere aprovechar el máximo espacio físico disponible. La imagen siguiente muestra un ejemplo de brazo corto, con bobina y el aislador en el extremo tope.

La bobina para Dipolo Windom de longitud reducida, inicialmente puede construirse con aproximadamente 120 espiras, conectarla a menos de 2 metros del extremo del brazo corto o izquierdo, pero para optimizar la longitud de resonancia, es preferible disponer de instrumento analizador de antenas y eliminar espiras en la bobina, hasta indicar mínima reactancia (jX), indiferentemente de la ROE, la cual es posible corregir modificando la relación de conversión del balun (de ser necesario).

Las imágenes siguientes muestran un ejemplo de construcción de balun multifuncional:

Los baluns de relación 4:1 se construyen enrollando dos hilos de alambre de cobre esmaltado, en un núcleo de ferrita, aire, o polvo de hierro, tanto de forma lineal como toroidal.

La relación de conversión del balun, se modifica eliminando o adicionando espiras en el bobinado indicado en color azul de la gráfica anterior. El número de espiras en el devanado primario o de baja impedancia, se considera el número de vueltas en el alambre de cobre esmaltado que conforma la bobina de color rojo en la gráfica. El número de  espiras en el devanado secundario o de alta impedancia, se considera el número de vueltas en el alambre de cobre esmaltado que conforman la sumatoria de ambas bobina (rojo + azul) de la gráfica. A continuación se muestra la relación entre números de espiras (N ) de ambos devanados, con respecto a la relación de conversión de impedancias del balun:

Es posible construir balun coaxial de 1/2 λ (180°), de relación 4:1. Esta longitud (indicado como “bucle”) puede variar dependiendo del factor de velocidad de propagación ( VP ) de mismo cable coaxial a usar, ejemplo: Para RG58/U ó RG8/U con aislante interno de espuma de teflón y VP de 0.82, entonces la longitud del balun en banda de 40 metros (7.1 MHz) es:150 / 7.1 MHz x 0.66 = 17.32 metros. Modificando esta longitud hasta aproximadamente -20%, es posible modificar ligera relación de conversión de impedancias.

PARA CULMINAR

Esta antena Windom Carolina fue usada para el diseño inicial de la antena Dipolo Doble-Monobanda (40 y 80 metros), la cual representa una posible solución para transmitir en banda de 80 metros en espacios reducidos donde previamente se haya instalada una antena Dipolo de 1/2 λ para banda de 40 metros. La cual consiste en esta misma antena Dipolo Windom, a la que se adicionó un contacto eléctrico de alto voltaje en el extremo del brazo corto, el cual permite sumar otro tramo de alambre, convirtiéndolo en brazo largo para banda de 80 metros.

Este y otros artículos similares que he escrito son de libre uso, eventualmente son actualizados y la última versión siempre estará disponible para descargar desde www.qrz.com (YY5RM en el buscador) o directamente con el enlace https://www.qrz.com/db/YY5RM . Hasta luego y espero sea de utilidad. QRV.

Ramón Miranda (YY5RM).

                                                               


Enlaces para descargar el archivo:

(14-04-2018): https://documentcloud.adobe.com/link/review?uri=urn:aaid:scds:US:fac57f34-24bf-4224-be61-31acdf1c4cc4
(14-04-2018): https://www.dropbox.com/s/xy3og5mqq7h21cm/DIPOLO%20V%20INVERTIDA%20CON%20BALUN%204-1.pdf?dl=0

Construcción del Balun y centro de antenas para Dipolos:
https://www.dropbox.com/s/qwwdtk1c46kgzm1/Balun%20y%20Centro%20de%20Antena%20para%20Dipolos.pdf?dl=0

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