Download Kryzpagi, una antena para experimentar

Tipos básicos de antenas, descripción y características
Antenas wi fi baratas y de fábrica
Antenas para TV Cable - TV Rural - Tv Satelital - Lan - Internet
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.
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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. 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
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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 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.
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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
5
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
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
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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 Onda
El 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
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
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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 Invertida
Cuando 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 Reducidos
Para 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,
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
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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 Inductancias
Uno 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 Lineales
Otro 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 Capacitiva
Un 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
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
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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 Multibanda
Un 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
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
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elementos, que resultarían inviables en las bandas
decamétricas.
Antenas Verticales para V-UHF
Una 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-UHF
Cuando 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 Antenas
El 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
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
11
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.
Conclusión
La 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
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
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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
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
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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.
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
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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.
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.
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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 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
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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
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
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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 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]
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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
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
20
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 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
21
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 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
22
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
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
23
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 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
24
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.
25
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 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:
26
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.
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
27
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.
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
28
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.
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.
29
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.
30
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.
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
31
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
de antena fueron mencionadas o explicadas con
anterioridad.
32
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.
Para medir la intensidad de campo conviene fijar el transmisor
con potencia baja, y es necesario cerciorarse que el equipo
33
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.
-----------------------------------II
--------------. .---------------II
II
II
I I Cable de T.V.
I I 300 Ohms.
II
II
II
II
.-------* *--------.
II
I-------/\/\/\--------I
I 300 OHMS. I
.---. I
\/I
34
----- I
I .001 uF I
I---------I I---------I
II
I 1 K. 1 K. I
I-/\/\/\--. .--/\/\/\-I
II
1 K. I I 1 K.
+-/\/\/\--+ +--/\/\/\-+
II
I .001 uF. I
I---------I I---------I
II
I +-------+ I
IIII
*------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.
35
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
36
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 )
<[email protected]>
Versión 1.1 23-Octubre-2003
Se autoriza la reproducción de este texto siempre que se
conserve esta nota de copyright
37
Ver al final del texto la historia de mi primera antena :-)
Indice
1.
2.
3.
4.
5.
Introducción. Referencias
Material
Montaje
Medidas
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 (
38
25cmts de diámetro por 15 cmt de ancho ) que se maneja
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:[email protected]
Enlaces

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
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.medicaljournalias.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....
39
Aunque estos enlaces están en inglés, recomiendo su estudio
detallado: Las fotos de mi "niña" no son siempre 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...
40
Una varilla de cobre o latón de 4 mmts de diámetro exterior y
de 1 metro de largo
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
41
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
42
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 coaxial con
43
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
La varilla interna del "coaxial"
44

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
45



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....
46
¿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
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.
47
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:
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....
48
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 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
49
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.
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,
50
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
-
-
2412
2
2417
2417
-
-
2417
3
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
si encuentra interferencias. Una antena para 802.11b para los
EEUU y Canadá deberá radiar bien entre los 2410 y los
2460MHz.
51
Antenas Guía-Ondas
Ranuradas.
Al contrario que las antenas
biquad que tienen un ancho
de banda amplio, las guíaondas ranuradas son antenas
resonantes y tienen,
</TD< tr>
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.
¿Cómo he producido estos diseños y gráficos?
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.
52
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 guíaondas 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 antenas guía-ondas
transmiten la mayor parte de su energía hacia el
horizonte, justamente a donde nosotros queremos que
53
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 desde los niveles de
señal del amarillo hasta el rojo (0 dB). Se puede ver la
54
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.
55
Unidireccional de alto rendimiento de 16 ranuras
56
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.
57
Antenas Guía-Ondas Ranuradas Omnidireccionales
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
58
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
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.
59
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.
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
60
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 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
61
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 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.
62
De verdad colegas, un milímetro más o menos no va a
estropear tu antena.
¿Cómo se acopla la Señal en la Guíaondas?
Como he dicho antes, estamos
propagando la señal WLAN a través de
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
63
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 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 guíaondas. 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
64
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 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
65
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.
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
66
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
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
67
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.
(Si vives en una región del mundo que utilice un
tamaño especial de tubo, por favor escríbeme)
68
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 guíaondas 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 guíaondas para una menor
frecuencia central y mantener la
SWR menor de 1.5:1 en toda la
banda.
Para aquellos de vosotros que
estéis preparando los ficheros
para hacer un ciento de esto
chismes para vuestra red local
69
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
Por: Luis Angosto Rahausen
Diciembre 2005
70
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.
Construcción:
71
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.
72
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
73
contados desde la base, en el tramo mas largo de la jota. La
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
74
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 experimentar
Por: 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 experiencias con guías
de ondas con elementos dispuestos de manera similar a la
75
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 preocupación por la lectura y análisis del
76
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… PazCiencia.
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 gramos
01 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.
77
El primer paso es redondear los cantos del hexágono de
cada tuerca para que se puedan insertar y soldar en cada
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.
78
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.
79
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?
Comencé por algunos cálculos básicos. La frecuencia de
diseño para esta experiencia con la “Kryzpagi” es de 2347
80
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 milímetros
V = 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.
81
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 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.
82
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 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,
83
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
O
Nota del Comité Editorial de GUW
El artículo que en esta ocasión presentamos, por sus costos y mano de obra
relativamente complejo, por lo que sugerimos analizar bien el artículo, busc
complementaria, antes de su construcción.
_________________________________________________________________________
La antena dipolo de media onda, como elemento irradiante, es la base pa
84
antenas y eléctricamente, parte importante del mismo. Cómo muchas pers
pregunta: ¿Cómo hacer la modificación de una antena de TV MMDS? O c
conoce en nuestro país, TVMAX, he decidido presentarles el siguiente traba
En muchas ocasiones he experimentado con estas antenas usando diferen
como reflector, una parábola rectangular, sin obtener los resultados espera
perseverar en busca de un resultado favorable. En la página de Marty Bugs
experiencias con dipolos como iluminador de parábolas rectangulares.
También he visto algunas experiencias de amigos, como las realizadas por
iluminador Cantena, usando como reflector el de una antena TranSystem,
sorprendentes.
85
MATERIALES
86
4 cms. Teflón de 12 mm de diámetro (Plastigen S.A.)
60 cms. Coaxial LMR400 o RG213
30 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 científica
Cautín de 80 Watt
Marco de sierra
Hoja de sierra de dientes gruesos
Broca de 2 mm de diámetro
MANOS A LA OBRA.
La tarea no es simple pero el resultado que se obtiene es bueno, considera
nos adentra en una antena base para desarrollar otro proyecto o para utili
referente, y así hacer algunas experiencias contando con una antena patr
seamos más prolijos y nos apeguemos a lo propuesto en el presente artículo
usted tenga buenos resultados.
EL BALUN
87
La base del proyecto es la buena adaptación de impedancia y esta tarea
hace con cañería de cobre de 3/8”
ALGUNOS CÁLCULOS BÁSICOS PARA COMENZAR.
Estos cálculos elementales nos acompañaran en la construcción del proyec
considerarlos.
Uno de los factores esenciales es la asistencia de un profesional del torno y
uno de ellos para preparar algunas piezas del Balún.
88
La imagen de abajo muestra una secuencia de la antena, al centro de est
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 si
mejor que usted imprima el articulo y lo y presente al mecánico tornero par
importante que es el trabajo que usted le solicita. Las piezas a tornear se fa
89
elemento radiante que se muestra en la imagen esta hecho con cable par
de 2,5 milímetros de sección. En la otra imagen se aprecian las dimensiones
Una vez que tenga listas las piezas del Balún comience a ensamblar y termi
comience por marcar las perforaciones de 2 milímetros en uno de los extrem
Después de hacer las perforaciones se debe trazar una línea a lo largo de l
de 32,5 milímetros, tal como muestra la imagen del centro, continúe hacien
con un marco de sierra. Esta ranura debe ser de 1,5 de ancho, retire las reb
tubo que en todo momento deberá estar libre de viruta metálica y grasa. T
presente la imagen del Balún
90
Después de terminar el trabajo de la cañería proceda a preparar el cable c
malla unos 15 cms. Posteriormente vuelva la malla hacia atrás por sobre la c
(puede ver en las imágenes como queda la malla). Enseguida con un cuch
aislante teniendo la precaución de hacerle corte a 2 milímetros desde el do
Acto seguido, con mucho cuidado, debe estañar los puntos de conexión. H
para conexiones electrónicas. Tenga cuidado con el aislante del coaxial. D
coaxial a través del tubo de cobre como muestra la imagen. Tenga cuidad
Paz Ciencia.
91
Luego comience por soldar la pieza axial del Balún. Enseguida limpie bien e
la soldadura) y saque los excedentes de soldadura que hallan quedado. A
dos aisladores de teflón. Atención. Por ningún motivo utilice pasta de solda
proceso.
Una vez que este centrada y en su lugar la línea axial del Balún, debe solda
dipolo. Una vez más tenga cuidado al realizar estas soldaduras. Mientras m
cuidadosas las terminaciones mas posibilidades tendrá de obtener buenos
Ciencia.
92
En estas imágenes están destacadas las dimensiones físicas del dipolo para
(Canal 6 - 2.436 GHz.)
93
Ahora que tiene un dipolo de media onda puede utilizarlo haciendo prueb
él. Así puede familiarizarse con esta antena. El motivo de haber desarrollad
experimentación, denominándolo como: Primera Parte, es porque en un fu
una aplicación de este dipolo como parte de una antena direccional, en q
parabólico rectangular. También, es posible que se publiquen otros modelo
dipolo de similares características. La idea esta a futuro planteada, hoy des
queda planteado el desafío para construir este Dipolo de Media Onda. Si d
relevante a este trabajo, diríjase al Foro Antenas de GUW.
Antena Sectorial AMOS
Por: Dragoslav Dobričić
Adaptación: 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.
94
95
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
96
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.
97
Dimensiones:
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
98
comprobar esto último bastará introducir el material elegido a
un horno de microondas a máxima potencia, durante un
minuto. Si el material se 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
99
figura "Dimensiones" anterior, hasta obtener una forma igual a
la siguiente:
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
100
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 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.
101
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.
102
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.
103
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
104
sugerido el uso de ningún conector en particular dado que 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.
[email protected]
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
105
compartíamos un aperitivo, en una nublada y lluviosa tarde
de Noviembre de 2004.
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.
106
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
107
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.
108
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.
109
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.
110
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.
111