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 aparezca un gran numero de antenas para
estas aplicaciones. La figura ilustra 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
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.
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 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.
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.
APLICACIONES
R=102,5 I=97,5 D1=92,5
D2=92 D3=92
I
I I I I I La antena que
ilus-
I<—–39——>I<—24—>I<—-30—->I<——41——>I
tra la presente nota
I I I I I ha sido
experimenta-
I I=I I I I da por el
autor de
I I I I I I la misma,
tratandose
I I I I I I de una yagi
muy efi-
I=========================================================
caz y de sencilla
I I I I I construcción, apro-
I I I I I piada para los
144
I I I I I MHz. El botalon
de
I I I I I de 1,35 m de
largo,
I I I I I es un ca#o de
alu-
I I I I I minio cuadrado
de 25
I mm. de lado. Las
me-
didas de los
ele-
mentos como asi tambien su
separacion, se encuentran dadas en centimetros en
la
Fig.1. Todos estos
elementos fueron construidos con ca#o de 9,6 mm de
diametro
Para la alimentacion de la
antena
se utilizo un adaptador
Gama (Fi- Abrazadera ajustable->:
gura 2). La malla del
coaxil se
================================II=========
conecta al centro del
elemento U II
excitado o al botalon, y
el con- (/ll—-==============
ductor central se conecta
a traves // C
de un capacitor variable
que tam- Cable 50 Ohms
bien conecta a la varilla
metalica
que con una abrazadera
ajustable se une a una de las mitades del elemento
exi-
tado. El capacitor (Figura
3) de aproximadamente 30 picofaradios, puede
cons-
truirse con un trozo de
cable coaxil RG-8U de 17 cm de longitud, que debe
in-
troducirse sin malla en un
trozo de ca#o de aluminio de
9,6 mm de diametro y
17,5 cm de
longitud,
:<————– 17 cm
—————–>: que tambien se utiliza
: _______ _ _ _ _
__________:______ como varilla del ali-
:____________I : I
mentador. Para reali-
—–I RG 8 I——-/
/————–: I zar un correcto ajus-
—–I____________I——/
/—————: I te se necesita un me-
I____ _ _ _
____________________I didor o puente de re-
: : lacion de ondas
esta-
:<——- 17,5 cm
—————->: cionarias (ROE). La
antena debera
montarse
a una altura minima de un
metro del suelo, alejada de
arboles,
alambres u otros
elementos que puedan
interferirla. El transmisor se colocara en la
frecuencia
de 146 MHz y se ajustara
la posicion de la abrazadera y el capacitor
variable
hasta lograr la minima
indicacion de ROE. Estos ajustes no deberan hacerse
si-
multanemente, sino por
separado. El capacitor se ajusta desplazando la
varilla
de un lado hacia el otro
del cable coaxil sin malla. Una vez lograda la
minima
indicacion de ROE se
procede a ajustar firmemente la abrazadera.
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 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.
————————————
I I
————–.
.—————-
I I
I I
I I
I I Cable de
T.V.
I I 300
Ohms.
I I
I I
I I
I I
.——-*
*——–.
I I
I——-///——–I
I 300 OHMS.
I
.—. I
/ I
—– I
I .001 uF
I
I———I
I———I
I I
I 1 K. 1 K.
I
I-///–.
.–///-I
I I
1 K. I I 1
K.
+-///–+
+–///-+
I I
I .001 uF.
I
I———I
I———I
I I
I +——-+
I
I I I I
*——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.
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
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.
Características de
radiación
Otro aspecto que hay que tener en cuenta cuando
se elige una antena es la característica de radiación de la
misma ya que es uno de los parámetros mas importantes de
la antena. Por ejemplo la característica de radiación de una
antena emisora debe ser igual a la característica de recepción de la
antena receptora para que el proceso de
transmisión sea optimo. La característica de radiación de una
antena representa el cambio de
intensidad de un cambio
magnético en una esfera cuyo centro es la antena radiante.
Esta es una representación en 3 dimensiones y resulta muy
complicada, por lo tanto también se puede usar un
descripción bidimencional que aproxima la forma
tridimensional. Entonces se puede decir que la radiación
de la antena tiene una forma circular, elíptica,
etc.
Por ejemplo la onda de la antena Turnstile tiende
a formar un cuadrado entonces es compatible con la Aldorf Loop
cuya onda es cuadrada.
Por su forma de onda circular, la antena cohete
es compatible con la antena Coverleaf.
Bibliografía
:
Electrical Engineers' Handbook, Pender &
McIlwain.
Enciclopedia de la Electronica, Ingeniería y Tecnica, C.
Belove.
Boletines de Radio de Internet.