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ENSAYOS CON DIPOLOS DE ALAMBRES
Por: Ramn Miranda.
YY5RM
ENSAYOS CON DIPOLOS
Saludos Colegas. La mayoras de nosotros los Radioaficionados,
gracias al conocimiento adquirido en los
diferentes cursos de formacin, contamos con suficiente destreza
para construir e instalar Antenas Dipolos
de alambres. Generalmente realizamos ensayos, hasta conseguir un
mximo de rendimiento de la
estacin. Particularmente sugiero que amenos de tener plena
seguridad que el cambio a realizar sea
satisfactorio, es preferible no realizar modificacin en lo que
ya funciona bien. En el presente articulo
explico de forma resumida, detalles prcticos-tericos y que
considero como informacin bsica, que
debera tomarse en cuenta para construir u optimizar Antenas
Dipolos de alambres.
ACORTAMIENTOS DE LONGITUD
Una de las formulas sencillas para calcular la longitud total (
De un extremo al otro ) de una Antena Dipolo
de 1/2 Onda es: 142.5 dividido entre la Frecuencia ( En
Megahertz ), el resultado ser en metros. Ejemplo,
para Banda de 40 Metros ( Usando 7.1 MHz como Frecuencia central
del Rango de Antena ), sera: 142.5,
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dividido entre 7.1 MHz, el resultado es 20.07 metros en total,
es decir, que cada brazo del Dipolo ( 1/4 de
Longitud de Onda C/U ) medir 10.03 metros.
En caso de Antena Dipolo en V Invertida, la formula es la misma,
pero se debe restar aproximadamente un
5% a la medida ( Calculo aproximado = 135 dividido entre la
Frecuencia ), los extremos deben estar lo ms
separado posible del suelo y un ngulo igual o mayor de 90 grados
en el vrtice ( Parte alta, donde est el
centro de antena ). Previamente a la construccin, e instalacin
del Dipolo, debemos analizar el espacio
disponible, realizar mediciones y clculos ( Por Pitgoras para la
V invertida ).
Si el espacio, no es ideal para uno, o los dos Brazos de la
antena, se puede compensar dicha longitud
adicionando Bobinas ( Inductancias ) en cada hilo o brazo del
Dipolo, cuya construccin la explico en el
artculo BOBINAS PARA DIPOLOS.pdf ( Disponible para descargar en
www.qrz.com/db/YY5RM ).
En Antenas Dipolos Dualband ( Para 2 Frecuencias ), estas
bobinas se usan como segmentadoras de dicha
antena y deben colocarse a una distancia del centro, equivalente
a 1/4 de Longitud de Onda, de la
Frecuencia ms alta a usar, ejemplos: Para Banda de 10 y 40
Metros = Colocarlas a 2,5 metros del centro
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del Dipolo; Para Bandas 15 y 40 Metros = a 3.3 metros; Para
Bandas 20 y 40 Metros = 5 metros. En el
artculo MINIANTENA DIPOLO.pdf ( Miniantena Dipolo HF, expandible
en tamao. Disponible en
www.qrz.com/db/YY5RM ), explico su construccin.
Si prefiere que la Antena Dipolo sea Monobanda ( Ejemplo: Solo
para Banda de 40 Metros. Por armnicos,
opera en Bandas 10, 15 y 20 Metros, con pequeas dificultades ),
stas bobinas pueden colocarse a
cualquier distancia, preferiblemente cercanas a los extremos del
Dipolo, donde la corriente de antena es
menor. Se debe enrollar un mayor nmero de espiras, para lograr
el mismo efecto reductor de longitud.
Otro procedimiento para recortar la longitud fsica en Dipolos,
es el Sistema de Pliegue. Existen diseos de
Dipolos totalmente plegadas, con uno y hasta con doble pliegue (
Antenas Morgain ), tambin hay antenas
con Adaptadores de Carga Lineal ( Que consiste en plegar solo el
centro de la Dipolo ) y Adaptadores
Capacitivos en los extremos del Dipolo ( Tpicamente llamados
Crucetas o Radialitos ).
BALUN
La Impedancia en Dipolos, no solo depende principalmente de la
altura de la misma sobre el suelo y su
longitud fsica, sino que pueden intervenir otros factores, tales
como, el ngulo del vrtice ( En caso de V
invertida muy cerrada ), el pliegue ( Dipolo Plegado ), algunas
prdidas, las condiciones irregulares del
terreno, objetos prximos a la antena, alimentar fuera del
centro, etc.. Para corregir la desadaptacin de
Impedancias existente entre la lnea de transmisin ( Tpicamente :
50, 75, 300 450 ohmios ) y el tipo de
Antena Dipolo, existen mltiples diseos de Baluns, con distintas
relaciones de conversin de impedancias
( Tpicamente usados en Dipolos, son de relaciones: 1:1, 4:1 y
6:1 ).
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Realmente los Baluns, son transformadores, donde la relacin de
conversin entre el nmero de espiras,
Voltaje y Corriente, viene de la Raz Cuadrada de la relacin de
la transformacin de impedancias. Es decir,
que para el Balun 4:1, la transformacin de impedancias es cuatro
veces ( Ejemplos: 50 a 200 ohmios, 75
a 300 ohmios ), pero la relacin entre el Voltaje y la Corriente
es 2:1, es decir, que si duplicamos el Voltaje,
la Corriente baja a la mitad y viceversa ( Ejemplo: Para 200
Vatios = 100 Voltios, 2 Amperios en devanado
de 50 ohmios y 200 Voltios, 1 Amperio en el devanado de 200
ohmios ). Para un Balun 9:1 ( 9 veces la
Impedancia, ejemplos: 50 a 450 ohm., 75 a 675 ohm. ), la Raz
Cuadrada es 3, por lo tanto las relaciones
en nmero de espiras, Voltaje y Corriente son 3:1 ( Tres veces ).
Recordar que potencia es: P = V x I.
Otra de las funciones del Balun, es balancear un sistema de
antena de dos polos irradiantes ( lnea bifilar
) y la lnea coaxial. En el artculo Balun, Centro de antena y
Dipolos.pdf , explico la construccin y
algunos otros detalles.
Por Internet se explica como construir Balun
1:1 de corriente y de voltaje, choques de RF (
Consiste en enrollar varias vueltas del mismo
cable coaxial, justo antes de conectar a la
Dipolo ), baluns coaxiales, con cables o
alambres, con o sin ncleos metlicos, etc. Al
instalar un Balun, sugiero probar con un
Medidor de Intensidad de Campo debajo de
cada Brazo del Dipolo, para comprobar que
estn irradiando correctamente y observar
como responden los cambios en tu antena ( Es
ms efectivo que solicitar el apoyo de otras
estaciones que den reporte de su seal ). A la
derecha, la modificacin de longitudes en una
Antena Dipolo Plegado ( Diseo propio ),
acoplada con Balun Coaxial a 171 grados.
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MEDIDOR DE INTENCIDAD DE CAMPO
La mayora de Vatmetros y Medidores de Ondas Estacionarias ( ROE
o SWR ), que tienen una antenita y en
el selector tienen una posicin RFS, son Medidores de Intensidad
de Campo ( Del tipo Detector ) y
muchos Colegas no lo saben. Estos no requieren conectar al
sistema, ni trabajar en rango de Frecuencias
especfico, solo se colocan cercano a cualquier antena ( HF, VHF,
UHF ) y al transmitir con el radio, estos
mueven el galvanmetro indicando que hay intensidad de campo (
Por lo general, en escala de cero a diez
). Esto nos ayuda a saber cuando una antena emite bien, en
oportunidades hay buena relacin de ondas
estacionarias, pero la antena tiene mala intensidad de campo, es
decir, no tiene mucha ganancia, campo
deformado o mal direccionado para la propagacin deseada. Cuando
se instala una antena mvil, con
estos medidores RFS, se puede saber hacia que punto del vehculo
se transmite mejor ( Hacia donde hay
mayor intensidad de campo ). Tambin se puede usar para optimizar
( Poner en punto. Colocndolo frente
a la antena ), las distancias entre los elementos de una antena
Yagi , hasta obtener la mxima
direccionabilidad y ganancia. Cuando son irregulares las
condiciones del terreno, se puede dar un giro de
360 grados alrededor de la antena, a una distancia constante de
sta y se puede saber hacia donde est
deformado el campo de la antena, o hacia que direccin se obtiene
la mayor repuesta. Al mover los
Ganma-matchin de antenas, ajustes en el aro de Antenas Ringo,
recortar o alargar Dipolos, ajustar
enfasadores en antenas de Arreglos Colineales, o cualquier otro
ajuste parecido, por lo general solo
usamos medidor de ROE, pero si complementamos con el RFS, tambin
se pueden apreciar los cambios en
la intensidad del campo.
Al construir Choques para RF o cuando hay prdidas, se puede
apreciar si el cable coaxial queda irradiando
energa y si hay RF en el Cuarto de Radios ( En especial si usa
Adaptadores Stubs ).
NOMOGRAMAS ROE
En caso que inevitablemente transmitas con R.O.E (
Relacin de Ondas Estacionarias, SWR ) y deseas saber la
prdida de Potencia por sta, el mtodo ms sencillo, es
el uso de la tabla Nomograma ROE , que la puedes
obtener por internet o en manuales para
Radioaficionados. Existen muchos tipos, pero la ms
sencilla consiste en una tabla de tres lneas verticales, con
escalas logartmicas de: Potencia Directa ( Lnea de la
izquierda ), R.O.E ( Lnea central ) y Potencia Reflejada (
Lnea de la derecha ). Solo se debe ubicar en la escala
central, la ROE que mediste y trazar una lnea que inicia
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desde la escala de Potencia Directa que mediste o que
normalmente uses, que cruce por el punto de tu
ROE y que terminar en la lnea derecha, indicndote la Potencia
Reflejada. En la grfica de la derecha (
Tomada de un Manual para Radioaficionados ), se observa un
ejemplo y la relacin existente entre las tres
magnitudes. Por internet tambin se puede conseguir informacin
sobre la Carta de Smith, que su uso y
comprensin es ms complicado.
COMO VARIAR LA IMPEDANCIA DEL DIPOLO
Entre las posibilidades que tenemos para modificar Impedancias y
obtener un buen equilibrio, podemos
variar: 1) La altura ( Uso de polea ), 2) El ngulo del vrtice (
En caso de V invertida ), 3) Correr el punto
de alimentacin, 4) Variar la longitud u optar por acoplar con
Antenatuner ( No requieren explicacin ).
Nota: Se recomienda transmitir con menos de 1.5 ROE, en
Potencias tradicionalmente usadas.
1 ( Altura ) = En la grfica siguiente, se indica como la altura
( Eje horizontal, expresado en metros ) del
Dipolo, con respecto al suelo, afecta la Impedancia ( Eje
vertical, expresado en ohmios ) de la misma, en las
diferentes Bandas HF ( Bandas: Naranja = 80M, rosado = 40M, azul
20M ). La desadaptacin producir
una ROE que la podemos conocer al dividir el valor de Impedancia
equivalente a la altura ( Vara
dependiendo de la Frecuencia ), entre la impedancia del resto
del sistema ( Tpico = 50 ohm. ). Ejemplo:
Para el caso de un Dipolo Monobanda de 1/2 Onda, con Cable de 50
ohmios y montada a 1/4 , 3/8, o 1/2
Longitud de Onda en altura ( 1/4 = 50 ohmios, 3/8 = 81 ohm. y
1/2 = 73 ohm. Nota: estos valores de
Impedancias equivalentes a sus alturas, son
aproximados ), se obtendrn los resultados:
Para la altura 1/4 Long. de Onda, ser
50/50 = 1.0 ROE; Para la altura 3/8 Long.
de Onda, ser 81/50 = 1.62 ROE; Para la
altura 1/2 L., ser 73/50 = 1.46 ROE ( En
algunos artculos, expresan la ROE dividida
entre 1, ejemplo 1.5:1 ). Para el caso de
alturas donde la Impedancia es menor a 50
ohm. se deben invertir los operandos. Las
Dipolos se pueden montar con poleas (
Fotografa siguiente ), de manera de
ajustar la altura ideal, hasta obtener la
mejor lectura en el Medidor de Ondas
Estacionarias ( Rometro de buena
apreciacin ), o Analizador de Antenas.
En la grfica siguiente, se observa la Relacin de Ondas
Estacionarias ( ROE o SWR ), ocasionada por la
diferencia existente entre las Impedancias de la Antena Dipolo (
Resistencia de Radiacin, suponiendo
Impedancia puramente resistiva ) y el resto del sistema (
Transmisor y Cable Coaxial. Tpico 50 ohmios ):
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2 ( ngulo del Vrtice ) = Para obtener un mnimo de ROE, en
Dipolos V Invertidas, igualmente debemos
instalar el Rometro en la lnea y abrir o cerrar al ngulo que
forman los Brazos del Dipolo, hasta conseguir
mnima lectura.
3 ( Correr el punto de alimentacin ) = La Impedancia en Dipolos
( De 1/2 Onda y sus mltiplos ), es
mnima en el centro y mxima en los extremos. Existen diseos de
Dipolos, alimentados fuera del centro (
Dipolo Windom ), cuya longitud total se calcula igual que
cualquier Dipolo de 1/2 Onda, pero se acoplan
con Balun de relacin 6:1 y alimentado a 1/3 de dicha longitud
total. La Dipolo Windom Carolina, se acopla
con Balun 4:1 y alimentado un poco ms cercano al centro de
antena, con relacin aproximada entre los
Brazos de 40% a 60%. La ventaja de este tipo de Antena, es que
supera a La Dipolo tradicional, en Ancho
de Banda y no dependen de la altura, ngulo del vrtice o
cualquier otro mtodo para determinar la
impedancia. Con solo recortar un Brazo y alargando el otro, se
puede conseguir la Impedancia Ideal y
mnimo ROE, incluso 1.0 ( En el artculo Dipolo V Invertida con
Balun 4-1.pdf , explico ms detalles
sobre su construccin ).
La nica desventaja de alimentar Dipolos fuera del centro, es que
la lnea irrada energa, razn por la que
requieren Choques RF para suprimir el problema ( En la fotografa
se
observa un ejemplo de Choque RF, construido enrollando vueltas
en el
mismo cable coaxial, preferiblemente en algn punto de la lnea
donde la
corriente pueda ser mxima. Ejemplo: Extremo superior o en uno de
sus
Nodos ). Las antenas de Hilo Largo, tambin pueden ser de 1/2
Onda y se
alimentan desde uno de los extremos ( Donde la Impedancia es
mxima )
con Unun de relacin 9:1 ( En el artculo ANTENA DE HILO LARGO.pdf
,
doy ms detalles ).
1
1,2
1,4
1,6
1,8
2
25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 75 80 85 90 95 100
RO
E
Impedancia del Dipolo, en Ohmios
ROE ocasionada por la diferencia de Impedancias, entre el Dipolo
y la Lnea de 50 ohm.
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LONGITUD DEL CABLE COAXIAL Y NODOS
Las Ondas Electromagnticas, en el espacio libremente viajan a la
Velocidad de la Luz, pero dicha
Velocidad puede variar dependiendo del medio en que se propague.
La RF que se transporta por la Lnea
de Transmisin, tiene una Velocidad de Propagacin un poco ms
lenta ( 60% a 95% menos ).
Para cualquier Impedancia de Cable Coaxial, la Longitud
Resonante, se calcula usando mltiplos de la 1/2
Longitud de Onda, multiplicado por la Velocidad de Propagacin
del tipo de cable que se use ( Ejemplo:
Para el Cable Coaxial RG58, con Factor de Velocidad de
Propagacin 0.66 ( Por internet o bibliografas
puedes conseguir tablas donde especifican Velocidades de
Propagacin de todos los tipos de Cables
Coaxiales ), es decir que para la Banda de 40 Metros, usando 7,1
MHz, sera: 150 dividido entre 7,1 y
multiplicado por 0,66, el resultado = 13,94 metros ( Las medidas
recomendables a usar: 13.94 metros,
27.88 metros, 41.82 metros, etc. ).
Si respetamos el uso de Nodos, los instrumento de medicin nos
indicarn lo que realmente sucede en la
Antena al realizar ajustes, garantizando las correctas
Longitudes Resonantes de todo el sistema y menor
posibilidad de desequilibrio al cambiar de Bandas. Al igual que
en antenas, el Cable Coaxial tiene
Longitud Resonante y para sus Frecuencias Armnicas ( Para 1.0
ROE no importa que longitud se use ), a
continuacin un ejemplo donde se cortocircuita el extremo de una
Lnea Coaxial calculada para Banda de
40 Metros ( 7.1 MHz ), observe que en 80 Metros ( 3.8 MHz ) no
hay Resonancia, donde R = Componente
resistiva ( Cortocircuito ) y X = Componente reactiva ( En
Resonancia debe ser mnima ):
De no respetar el uso de Nodos: No hay que preocuparse, el
sistema funcionar bien y podr
optimizarse, la ROE es constante a lo largo de la Lnea,
indiferentemente de la Frecuencia y su longitud
fsica. Solo se debe estar consciente que siempre que exista ROE
( Por muy pequea que sea ), el Cable
Coaxial transformar la Impedancia y desplazar la Frecuencia de
Resonancia de la Antena Dipolo ( Visto
desde el extremo del transmisor ), obligndonos a la posibilidad
de optimizar con parmetros alterados
en nuestro sistema ( Diferencias entre Impedancias y Longitudes
Resonantes ). Si logra un correcto ajuste
de la Antena ( Solo para 1.0 ROE ), igualmente tiene posibilidad
de garantizar funcionamiento al conectarle
Cables Coaxiales con longitudes aleatorias.
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En la grfica siguiente se observa un tpico ejemplo de
desplazamiento de la Frecuencia de Resonancia de
la antena ( Con el Roimetro conectado en el extremo prximo al
transmisor ), al realizar cortes en la
longitud fsica del Cable Coaxial de una antena CB 11 Metros (
Llamado por los Colegas, Matchar desde el
Cable Coaxial ). Observe que la mnima ROE permanece constante,
pero se desplaza hacia otra Frecuencia.
Que Longitud de Cable Coaxial debera usar ? Es de libre escoger
entre depender o no, de la
Longitud Resonante en el Cable Coaxial. Particularmente
recomiendo en Bandas HF ( Dependiendo de la
distancia entre el radio y la Antena ), usar Cables Coaxiales
cortados con medidas tericas ( Medida
Resonante calculada, o si es posible use el Analizador ), cortar
las Antenas Dipolos un poco ms largas a las
medidas tericas y en el momento del montaje matchar en la
Antena, variando sus longitudes fsicas y
ajustando parmetros ( ngulo entre Brazos, altura, etc. ), hasta
conseguir mnima ROE. Comenzar a
matchar, en la Frecuencia ms baja del rango y de ser posible
complementar con la mayor indicacin en
Intensidad de Campo, alrededor de la Antena. En el archivo
Longitud del Cable Coaxial y Nodos, hay
mayor informacin y aclaratorias.
OTROS DISEOS PROPIOS ( EN DIPOLOS )
Miniantena Dipolo HF, Dualband, Expandible en Tamao:
Es una Antena Dipolo Dualband comn, para espacios reducidos,
que se adapta a cualquier espacio, aprovechando el mximo de
longitud disponible ( 7 metros como mnimo, de un extremo al
otro
), mediante la eliminacin de espiras en las bobinas desarmables
(
Artculo: MINIANTENA DIPOLO V1.pdf ). Las mismas tcnicas se
pueden aplicar para construir Dipolos Rgidos. A pesar de su
corto
tamao y baja altura, dio resultados excelentes.
Dipolo apuntada para El Cielo. Este diseo lo somet a pruebas
(
Fotografa de la portada ). Los estudios sobre Propagacin,
indican
que al transmitir a 90 grados, la distancia en DX es la
mnima,
contrario a esto, realic buenos DX. Los Alemanes disearon
una
muy parecida, con Propagacin NVIS, usaron Reflector por
debajo
del Dipolo o baja altura y no Director por encima, como en mi
caso.
Las ondas reflejadas por en suelo, inducen en la antena, una
1
1,2
1,4
1,6
1,8
2
26,7 26,8 26,9 27 27,1 27,2 27,3 27,4 27,5 27,6 27,7 27,8
27,9
R.O
.E.
FRECUENCIA
ROE 11 METROS, RECORTANDO LINEA COAXIAL
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Corriente de fase diferente a la generada por ella, reforzando o
debilitando la Corriente a lo largo de la
Dipolo. El Director ( Con separacin ajustable ) dirige el campo
hacia arriba, modificando este efecto y por
alguna extraa razn realic DX, recib de buenos a excelentes
reportes, con solo 100 Vatios. ( No existe
bibliografa que la sustente, por esa razn no puedo asegurar mis
comentarios. Artculos Director en
Dipolo HF.pdf y MINIANTENA DIPOLO.pdf .
Dipolo Doble-Monobanda. Consiste en una Dipolo comn, donde la
longitud es fsicamente segmentada
por medio de contacto(s) para alto voltaje. En las pruebas, se
us una Antena Dipolo Windom Carolina
para Banda de 40 Metros, con un solo contacto segmentador en el
Brazo Corto y que le adiciona un
segundo tramo ( Con bobina, cambios de direccin y alturas
variables en el Hilo ), cuya longitud la hace
resonar en Banda de 80 Metros. Esta Dipolo, en Banda de 40
Metros opera en dos modos: Monobanda (
TX con ROE = 1.0 y bajo ruido en RX ) y por 2do. Armnico cuando
se selecciona el modo 80 Metros (
Aumenta la recepcin, pero con ruido. En transmisin me copian
igual y la ROE aceptable ). La considero
una posible solucin para transmitir en Banda de 80 Metros ( Con
baja ROE ), en sitios de espacios
reducidos, donde ya se encuentra instalada una Dipolo Monobanda
40 Metros. La principal ventaja, es
que no deforma el diagrama de radiacin de la Dipolo Principal
Monobanda 40 Metros ( En el artculo
Dipolo Doble-Monobanda.pdf doy ms detalles ). Nota: Las seales
RF son alternas, los nombres usados
para los Brazos de la Antena, son solo de referencia para el
artculo ( Debido a que el Brazo Corto pasa a
formar el Brazo Largo, al cerrar el interruptor ):
PARA CULMINAR
La intencin de este material, es brindar apoyo didctico y
prctico, para los Radioaficionados y Tcnicos
que ensayan con Dipolos, tambin para los Colegas que requieran
mejorar o instalar su estacin HF.
Este y muchos artculos similares, eventualmente los modifico y
la ltima actualizacin siempre estar
disponible para descargar desde www.qrz.com ( YY5RM en el
buscador ), o directamente desde
www.qrz.com/db/YY5RM.
http://www.qrz.com/
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Atentamente
Ramn Miranda. YY5RM.
[email protected]
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[email protected]
Actualizado: 07-02-2015.
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