13 de enero de 2015

UNA ANTENA TODA BANDA QUE CABE EN LA PALMA DE LA MANO

Aprovechando el receso de verano y habiendo superado positivamente los festejos estivales (navidad 2014 y año nuevo), decidi renovar un poco los sistemas captores (antenas), que utilizo para la recepcion y cada tanto la trasmision en modos digitales.

 Revisando las antenas, hube de reemplazar la siempre efectiva G5RV,  ya que la cinta de bajada se habia cortado, producto de una nutrida y mortifera pedrea que habia sufrido en la primavera pasada y que tambien dejo maltrecha a la isopole que utilizaba en VHF.

                                                 Mi siempre efectiva ISOPOLE paso al recuerdo                                            


Ni un chapista la salva¡¡¡¡



Termine dejando en optimas condiciones, los dipolos y recambiando algunos coaxiles tambien deteriorados.

 En general creo que todo entusiasta aficionado a la radio, deberia efectuar las tareas de mantenimiento en forma anual de su principal herramienta,  las antenas,  y este era el caso, por un lado el mantenimiento correctivo de los coaxiles dañados y por el otro el mantenimiento preventivo limpiando conectores, midiendo balunes etc., de tal manera de dejar acondicionado cada uno de los sistemas irradiantes, para la temporada que se avecina y tambien por el periodo vacacional, unico momento en que puede uno dedicarse a pleno a estas tareas.

Estaba cavilando en los reemplazos , cuando observe que mi mejor antena para recepcion de ondas medias (loop magnetico), no estaba rindiendo como corresponde.

 La humedad habia ingresado y con su lenta pero perniciosa tarea, habia dejado fuera de servicio el capacitor interno de sintonia. 




Ya no sintonizaba alrededor de los 800 Khz y creo que ni siquiera resonaba,  por lo que tambien ingreso al mantenimiento correctivo.

 Igual situacion la vivi con la EWE,  la cual a pesar de ser solo un cable cargado en un extremo, precisamente la resistencia de carga adosada dentro de una caja de plastico, estaba quebrada, causa de la misma pedrea que dejo irreconocible a la Isopole.




Mientras reparaba y cambiaba capacitores, resistencias etc., dejando en condiciones todo el sistema receptor, pensaba si podria ademas de dejar en condiciones, mejorar el sistema con el fin de eliminar ruidos que ultimamente habian ido en aumento.

 Entre la iluminacion con lamparas economicas, las redes WiFi, los equipos informaticos, etc., el nivel de ruido ha superado ampliamente en horas diurnas a los que solia tomar antaño.
 El cancelador de ruidos que utilizo normalmente, a comenzado a declinar en esta batalla desigual y ya los oidos han comenzado a acostumbrarse y tambien cansarse por este siseo continuo.

Debido a ello han desaparecido algunas emisoras que solia tomar a primera hora de la mañana (Radio San Guillermo de Santa fe por ejemplo que hace un tiempo llegaba con muy buena señal y que ahora me cuesta tomarla), tambien radio Rio Tercero que actualmente tomo pero con bastante ruido. Radio San Francisco si bien mantiene su señal el devenir del caudal de ruidos desmejora su buena calidad de audio.

 Tambien deseaba dedicar a cada receptor, una antena determinada y  cambiar el concepto de compartir los dipolos de trasmision, por ser de mayor longitud y mejor toma del campo EH (electrico magnetico), ya que tambien absorben mas ruido.
Varios modelos de antena pasaron por mi cabeza abarrotada tambien de ruido,  no era facil la decision, pero entre mis proyectos no comenzados, estaba el de la sonda electrica o mas conocida como antena Mini Whip

LA ANTENA MINI WHIP

El concepto de esta "antena" , que yo denominaria sonda electrica con amplificador de RF, fue el producto concebido por Roelof  Bakker  PA0RDT.

El criterio de diseño nacio de la misma necesidad, es decir,  minimizar el ruido absorbido  por una antena, utilizando como captador , un trozo metalico o "sonda" que tomaria la componente Electrica por sobre la Magnetica, quizas menos afectada la primera,  por el ruido "inducido" y alli  amplificar esta señal.

Se trata efectivamente de una antena activa, en donde el amplficador esta al pie mismo de la antena y no como se concibe normalmente,  de estar al lado del receptor. Este concepto primario, tiene su logica.

 Si utilizamos como captor una sonda de poca longitud, evidentemente al ser un elemento "no sintonizado" su "Q" sera bajisimo, su ganancia minima y su efectividad muy pobre, para que le agreguemos un cable coaxil que aumentara la atenuacion y si recien al lado del receptor amplificamos la señal, su resultado sera muy por debajo de lo que uno espera de una antena.

 En lugar de ello captamos el campo electrico con un gran ancho de banda, a su salida amplificamos electrónicamente,  con un circuito seguidor, con  alta impedancia de entrada, con el fin de cargar de manera minima al sensor (de alli la utilizacion de un transistor FET), y luego con otro seguidor emisivo de baja impedancia de salida a cargo de un transistor bipolar, llevamos  la señal por medio del cable coaxil al receptor.

 Aqui practicamente la atenuacion del cable coaxil no interviene, ya que la señal deviene con suficiente amplificacion compensando esta perdida.


Mini Whip con su sistema de alimentacion por cable coaxil.


Otro ejempo de Mini Whip



La Mini Whip por dentro (observe el"captor formado por un rectangulo del mismo impreso), el otro rectangulo sirve de soporte al circuito electronico


Caja para transferencia de alimentacion por cable coaxil




 El circuito original es el siguiente, junto al diseño de la "sonda" que a la vez es el soporte del circuito electronico.









                       
                            Un clasico,  el Yaesu FT 817 y una mini whip (solo en recepcion)


               Mini Whip montada (observe que va colocada sobre un caño plastico)





Caracteristicas de la Mini Whip

Al ser una sonda no resonante, su ancho de banda depende mayormente de las capacidades de los transistores puestos en el circuito, y de los capacitores de paso.
 Aqui una observacion, si la antena se utilizara en todo su rango dinamico de 20 Khz. A 30 Mhz., los capacitores de paso deberian ser de 100 nanofaradios (.1 microfaradios). Ahora bien, como en mi caso prefiero utilizarla para captacion de ondas medias hasta 2 Mhz., este valor es un poco bajo y lo elevo a .56 microfaradios (560 nanofaradios).

 De igual manera con los transistores en este caso utilizamos el famoso MPF102 y el 2N3904 que nos aseguran un buen rendimiento en este margen de frecuencias.
Aparte de ello, al ser una sonda de captacion electrica, hay que tratar de mantener esta sonda, alejada de partes metalicas que compitan en la captacion y que le extraigan el debil campo que debe tomar.
Este punto es muy importante. Respecto a la altura, el concepto de mas alto no significa mas captacion si tenemos en cuenta el concepto anterior de mantener alejado al sensor de proximidades metalicas, no obstante ello existen alturas minimas que deben respetarse.

 Siendo un antena activa "manejable" por su minimo tamaño, simplemente adosandola a una varilla aislante y subiendo o bajando la misma, se podra determinar la altura de mayor captacion.



ALIMENTACION

Al tener el amplificador electronico incorporado al sensor y tratarse de un solo conjunto, la alimentacion puede llevarse con cables independientes o por el mismo cable coaxil. 
En el primer caso es mas efectivo el sistema pero mas incomodo, por tener que disponer de un par de cables adicionales en todo el recorrido del cable coaxil.

En el segundo caso debemos utilizar un capacitor de paso, lo que limita o atenua por su reactancia el paso de la señal, pero como contrapartida su utilizacion es mas comoda, ya que solo el coaxil llega hasta la antena.
 No obstante esto , obliga a utilizar un sistema de alimentacion por medio del cable coaxil que se encuentra en las cercanias del receptor.



              Por ultimo la configuracion para su instalacion

         

  
         Realmente es una antena que cabe en la palma de la mano, es un proyecto por demas interesante, de bajo costo, no ocupa espacio, su fabricacion carece de  complicaciones, no es tan sensible a los ruidos, su gran ancho de banda es la solucion ideal para los receptores de comunicaciones ya que abarca el espectro completo, sobre todo de los equipos de banda corrida, de esta manera con una sola antena se cubre todo el espectro de escucha de ondas largas, medias y cortas.
Ademas es la solucion ideal a la falta de espacio y a las escuchas en ambientes urbanos de mucho ruido.

SEGUIMIENTO DEL PROYECTO

Logicamente la experimentacion de este modelo de antena, me llevo a pensar  que podria utilizar el circuito activo, para adosarselo a la antena EWE y a la Loop magnetica.
 Quizas y dado que casi son elementos resonantes (en particular la Loop), no eliminaria del todo la componente magnetica y los ruidos se inducirian igual, pero analizando el diagrama de la antena EWE, observamos el balun relacion 9:1 que nos indica que la EWE tiene en ese extremo una impedancia media -alta de aproximadamente 500 ohmios por lo que facilmente se puede reemplazar el balun por el circuito activo de la Mini Whip, evitando o disminuyendo las perdidas por insercion del balun y tomando la señal directamente de la antena amplificandola. 

Creo que este diagrama sera el proximo proyecto digno de ser experimentado. Apenas tenga las conclusiones seguramente las publicare.


DUDAS SOBRE EL RENDIMIENTO DE LA MINI WHIP

Luego de analizada electricamente , nos queda la duda si su rendimiento sera mayor o menor que una buena antena sintonizada a la frecuencia de recepcion.

Estimo que la mini whip no la supera en rendimiento, ya que la antena sintonizada a una determinada frecuencia, presenta su mayor factor de calidad en esa frecuencia (Q), pero la amplificacion electronica de la mini whip,  quizas compense esa falta de ganancia. Pero  en lo que si estoy seguro que la mini whip es superior, es en la menor toma de ruido lo cual en algunos casos es razon suficiente para tomar estaciones de Dx, que llegan casi con su umbral de señal entendible, pero bueno esto sera motivo de un mayor estudio y mediciones que encarare en lo que resta del año. Mientras tanto los invito a fabricarse su mini whip y despejar personalmente todas las dudas.

 Para aquellos que seguiran sin decidirse a meter manos a la obra, les dejo un enlace de un receptor SDR en linea, que casualmente utiliza una Mini Whip, para que lo utilicen a traves de la red y tengan una idea mas acabada de esta pequeña joyita.

http://websdr.ewi.utwente.nl:8901/

Este es el receptor (plaqueta),que se puede utilizar directamente, ingresando al enlace señalado . Pertenece a la Universidad de Twente en Holanda y les sugiero barrer desde un extremo al otro del espectro, para probar el rendimiento, tanto del receptor como de su antena, montada en el techo de la universidad. 



Mini whip utilizada por el receptor SDR de la Universidad




Detalle de la antena por dentro.




Hasta la proxima nota.-


Ing. Pedro E. Navarro
Verano 2015.-







3 comentarios:

jos_nqn dijo...

Muy buen articulo!, como remotizaste la sintonia del loop?

jose Kucher

fredy Palacios dijo...

Como siempre de sumo interes sus articulos! 73 LU1HHT

Daniel Luis Vivaldo dijo...

Muy. Bueno. Ing.Navarro. Cada artículo
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