viernes, 28 de febrero de 2020

Antena dipolo alimentada al extremo EFHW de LU7DID

En los últimos tiempos estuve experimentando bastante con el armado de una estación portátil para operar en el "campo" o, en general, poderla llevar conmigo a algún viaje y poder armarla con restricciones de espacio o energía.
En tal sentido, y como dan cuenta entradas anteriores, estuve experimentando con antenas de hilo de tipo "end feed" (alimentadas al extremo). Entre ellas las denominadas "random wire" (menos de una longitud de onda), "long wire" (una longitud de onda o mas) y "end feed half wave" o "EFHW" (media onda alimentada al extremo). De las dos primeras comenté sus caracteristicas en una entrada anterior. Le toca el turno ahora a la EFHW. Su ventaja es que se trata de una antena con aproximadamente las mismas características de irradiación que un clásico dipolo alimentado al centro, solo que al estar alimentado en un extremo se hace mas sencillo utilizarlo en configuraciones de espacio restringido, poca altura o asimetría entre los extremos. La única diferencia con un dipolo alimentado al centro es la impedancia de alimentación, el primero se alimenta en un punto de máxima corriente y mínima tensión, resultando en baja impedancia, típicamente 75 ohms. 
En cambio alimentado al extremo se trata de un punto de máxima tensión y mínima corriente por lo que la impedancia es muy alta, típicamente varios miles de ohms.
Por lo tanto para alimentar una antena EFHW es necesario utilizar un transformador de impedancia al igual que el caso de las antenas random y long wire, solo que en éste caso es necesario una relación de transformación mas alta, usándose típicamente una relación 49:1 o 64:1 con ese propósito. Pero tanto con una relación 9:1 (long/random wire) como EFHW (49:1) el ajuste de impedancia contra los 50 ohms que espera la salida de los transceptores típicos dista bastante de ser perfecto; de hecho el transformador solo tiene por propósito hacer un acople eléctrico entre linea de alimentación (normalmente coaxial)  y la impedancia que refleja la linea sobre la entrada del transceiver (la que dependerá de la longitud de la linea en relación a la longitud de onda de la frecuencia de trabajo). 
Es necesario entonces un transmatch para  completar el ajuste. En una entrada siguiente describiré la solución que utilizo, por ahora continúo describiendo la construcción del UNUN de relación 49:1. A uno le sale casi automáticamente llamarlo "balun", pero ésto significa "BALanced to UNbalanced" y en este caso se trata de una adaptación "UNbalanced to UNbalanced" por lo que el nombre correcto es "UNUN". 
Una relación 49:1 se obtiene con una relación de espiras de 7:1 o 14:2 dado que la transformación de impedancias es proporcional al cuadrado de la relación de espiras.
Para implementarlo se utiliza un nucleo de ferrite sobre el cual no se establecen a priori muchas expectativas, quizás se necesita algo de experimentación, lo mas importante es que a la frecuencia de operación sus pérdidas sean bajas. ¿Como saberlo? ... experimentando, pues en general no tienen una especificación clara excepto que se los compre especialmente en el exterior en firmas como Amidon (FT140-43 sería uno con especificación apropiada). El segundo factor importante es su sección, pues esta determinará la potencia que puede manejar, los mas pequeños (como el que uso en éste proyecto) solo son útiles para potencias QRP (5W o menos), para potencias de tipo 100W es necesario usar mucha mas sección o incluso apilar diferentes formas toroidales. Como mi estación portátil opera en potencias QRP es perfectamente válido utilizar un toroide recuperado de la etapa de salida de RF de un proyecto anterior. Para bajas potencias el capacitor de 100pF utilizado es uno normal de mica, pero en general los materiales utilizados deben revisarse para potencias superiores.
Las primeras dos espiras se entrelazan primario y secundario, a partir de alli se continua con el secundario solamente, hay una pequeña "trampa" de bobinado para que la salida de la antena salga para el lado correcto (que puede apreciarse en la figura). 
El diagrama eléctrico y una foto del bobinado pueden verse en las figuras adjuntas también.
El conjunto es armado con alambre esmaltado suficientemente grueso como para ser autosoportado con bastante rigidez, la construcción mecánica se basa en una caja creada con la impresora 3D a partir de un diseño existente en  thingiverse, lugar que dicho sea de paso es infaltable punto de parada ante cualquier proyecto doméstico, siempre tiene sorpresas agradables y a veces algunas no tanto.
El conjunto es suficientemente rígido y robusto como para utilizarse en la antena misma, se provee una interfaz mecánica sencilla a la cual adosar la antena de hilo, la conexión de "counterpoise" y la conexión para el cable de bajada coaxial. En este caso preferí utilizar un conector BNC pero podría hacerse con uno tipo PL. Por otra parte la caja puede sellarse lo suficiente como para operar en la intemperie preservando el interior. 
El montaje de prueba es por ahora en el jardin de casa en formato sloper entre un punto elevado y la ventana del shack, las pruebas fueron realizadas en 20m con un hilo cortado convencionalmente para esa banda y en el modo FT8. Los resultados honran la fama de "calienta nubes" o dicho mas técnicamente NVIS (Near Vertical Incidence Skywave) de éstas antenas, pero la cobertura fue relativamente cómoda entre 2000-2500 Km en FT8 con una potencia de 5W, mas que suficiente para las expectativas. Seguramente voy a estar realizando pruebas adicionales en CW y otros modos digitales próximamente. Estoy seguro que con la suficiente perseverancia podré obtener distancias mejores con buenas condiciones de propagación. ¡Listo para salir!

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