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