ANTENAS DE HF EN PORTABLE (V) LA ANTENA EFHW MULTIBANDA

Transcripción

1 ANTENAS DE HF EN PORTABLE (V) LA ANTENA EFHW MULTIBANDA En el artículo anterior, Antenas de HF en portable IV, la antena de media onda alimentada en el extremo, se describió con detalle su principio de funcionamiento y la construcción de modelos monobanda. El presente artículo describe como construir modelos de EFHW multibanda. Se compararán varios métodos diferentes para conseguir que la antena resuene en varias bandas. El objetivo final será que una vez instalada la antena, para cambiar de banda no sea necesario tocar nada del hilo, sino que los cambios sean instantáneos y que la antena quede lista para transmitir en otra banda. Lo que se pretende es una antena con las siguientes características: - Longitud: ½ onda para cada banda de trabajo, salvo para una banda que se acortará intercalando una bobina. - Emplear un alimentador común en el extremo, empleando un coaxial corto para el equipo. - Que no requiera de radial puesto que el coaxial realizará esa función. Vamos a ver los detalles de funcionamiento y de construcción de esta versátil antena multibanda. Descripción de funcionamiento teórico La idea de esta antena surgió de la necesidad de tener una antena multibanda portable para cubrir varios rangos de frecuencias, de modo que los cambios de banda fueran instantáneos y que además no necesitase un acoplador de antena. Así se ahorraría peso en la mochila. Buscando modelos compatibles con esta idea encontré tres opciones diferentes. a) EFHW multibanda con enlaces. Se puede tener un hilo partido con varios enlaces (links) de modo que al conectarlos se obtenga media longitud de onda correspondiente para varias bandas. Ejemplo para MHz: ½ onda 21 MHz ½ onda 18 MHz ½ onda 14 MHz Link 18 MHz Link 14 MHz Esta antena es muy popular pero tiene un inconveniente: cada vez que se desea cambiar de banda hay que bajar y subir la antena para modificar las conexiones de los enlaces. Por ese motivo busqué otras opciones para que el cambio de banda fuese automático y encontré otras dos soluciones que explico a continuación.

2 b) EFHW Bibanda. Se puede colocar un hilo de ½ onda para una banda y añadir en su extremo una bobina y un tramo adicional de hilo. Dicha bobina se ajusta para actuar de trampa, es decir, para frecuencias superiores a una dada bloquea la señal y solo radia el primer tramo de hilo. En cambio para otras frecuencias inferiores, la bobina deja pasar la señal y entonces radia todo el hilo. ½ onda 14 MHz suplemento 7 MHz Bobina para 7 MHz En el esquema del ejemplo se obtiene una antena que resuena en 14 y 7 MHz. La antena resultante es más compacta que una EFHW para 7 MHz pues la bobina acorta eléctricamente la longitud necesaria para 7 MHz. Esta característica reducirá un poco el rendimiento de la antena para los 7 MHz, pero la ventaja es que se necesita menos espacio para su instalación. Curiosamente esta antena también resuena en 28 Mhz pues el hilo para 14 MHz coincide que es dos veces media onda para 28 MHz, de modo que la antena resultante es una tribanda metros. Para aquellos interesados en este diseño aquí van los detalles: Longitud de hilo para 14 MHz 10,1 m * Longitud del tramo supletorio para 7 MHz 1,85 m * Bobina de 7 MHz, ajustada a 34 µh 51 vueltas de hilo esmaltado de (microhenrios) 0,8 mm de diámetro en un tubo de PVC de 24 mm de diámetro. *conviene dejar algo más largos los hilos y acortarlos para mínima ROE en 20 y 40m Antena EFHW m terminada junto a su transformador para la alimentación. c) EFHW multibanda con trampas LC. La tercera idea es más compleja pero muy interesante. Con una bobina hemos conseguido tener una segunda banda aunque dicha banda adicional queda acortada eléctricamente. Existe otra manera mejor de intercalar trampas automáticas que hagan esa función de crear enlaces sin tener que tocar la antena.

3 La idea no es mía. La encontré en un diseño de VK3IL. Su descripción está en la pagina web: Se trata de una antena multibanda EFHW que incorpora trampas resonantes entre cada 2 bandas mediante circuitos LC con toroides y condensadores. Cada trampa realiza automáticamente la función de un conector, de modo que bloquea determinadas frecuencias para cortar el hilo o deja pasar otras frecuencias inferiores para alargar la antena sin necesidad de realizar esas conexiones o desconexiones a mano, como sería el caso de una antena que llevase enlaces (links). Ejemplo para MHz: ½ onda 21 MHz ½ onda 18 MHz ½ onda 14 MHz Trampa LC 15m Trampa LC 17m A diferencia de la bobina empleada en el caso b, estas trampas LC no acortan eléctricamente la antena, por lo que los tramos suplementarios de hilo serán completos, sin acortar cada banda. El diseño parecía muy interesante, sin embargo, su longitud total de cerca de 20 metros, requerida para incluir los 7 MHz parecía demasiado grande para que fuera manejable en las cimas de montaña. Se podría modificar este diseño haciéndolo más compacto en tamaño? El modelo construido para este artículo es una solución híbrida, mezclando conceptos para reducir el tamaño total de la antena, como se verá más adelante. Las trampas LC Estas trampas consisten en un circuito formado por una inductancia L y un condensador C en paralelo: entrada Hilo B trampa L C Hilo A salida La inductancia se forma mediante un devanado de hilo de cobre sobre un toroide y el condensador es del tipo silver mica para tolerar bien las altas tensiones a que se somete al tratarse de radiofrecuencia. Este circuito es resonante y se sintoniza mediante una combinación adecuada de inductancia y capacidad, de modo que en su frecuencia de resonancia el circuito presenta una alta impedancia y bloquea la circulación de la corriente. Veamos más claramente su empleo con un ejemplo. En el gráfico de arriba se corta un hilo de ½ onda para 21 MHz (hilo A), se conecta la trampa que es resonante en MHz y a la salida de la trampa se añade un tramo de hilo (hilo B). La longitud de A + B corresponde a ½ onda para 18 MHz.

4 Al transmitir con frecuencias entre (para CW) a (para SSB) se bloquea la señal a la entrada de la trampa de modo que el Hilo A está radiando como una EFHW. Al hilo B no le llega RF porque la trampa se lo impide (alta impedancia). Sin embargo si se disminuye la frecuencia de transmisión, la trampa no actúa sino que deja pasar la RF al hilo B. De este modo, si se transmite por ejemplo en (CW), todo el hilo (A+B) se transforma en radiante y de nuevo se tiene una EFHW. Sin necesidad de tocar nada en el hilo, se obtiene una antena que resuena en 2 frecuencias automáticamente. Con este principio de funcionamiento es posible crear una antena multibanda fácilmente. Encadenando adecuadamente las trampas se puede crear una antena con múltiples bandas. Este mismo concepto se podría emplear también para preparar un dipolo multibanda. En nuestro caso lo que hemos preparado es una EFHW para poder alimentar por el extremo más cercano al equipo. La versión de Hamtennas: antena híbrida EFHW de 5 bandas con trampas LC y bobina La antena original de VK3IL, preparada para MHz me parecía demasiado grande con sus 20 metros de hilo. Entonces se me ocurrió hacer una modificación para combinar dichas trampas para las bandas altas con una bobina para el caso de 7 MHz, de modo que la antena quedase acortada y conseguir así una antena que fuera resonante en 40 metros sin sobrepasar los 14 metros de hilo. Cómo se hace? Tal como describe VK3IL en su artículo original, se pueden combinar varias trampas en cadena para conseguir las 5 bandas que se persiguen como objetivo: Modelo VK3IL: Hilo ½ onda para 21 MHz 18 MHz 14 MHz 10 MHz 7 MHz Trampa 21 MHz Trampa 18 MHz Trampa 14 MHz Trampa 10 MHz De este modo se necesitan 4 trampas para las 5 bandas. La longitud total de hilo será la necesaria para que la antena resuene en 7 MHz. La novedad del diseño del presente artículo es que se eliminan las trampas LC para 14 MHz y 10 MHz y en su lugar se coloca una sola bobina que acorta eléctricamente la longitud del hilo para 7 MHz. Si lo que se quiere es transmitir en 10 MHz se colocará la bobina en by-pass para saltar esa parte del circuito. Queda mejor explicado en las siguientes imágenes: Modelo Hamtennas: Hilo ½ onda para 21 MHz 18 MHz 14 MHz 10 MHz y 7 MHz Trampa 21 MHz Trampa 18 MHz Bobina 7 MHz

5 Detalle de la bobina: Conmutador 7 / 10 MHz 14 MHz 10 y 7 MHz Bobina para 7 MHz Según como se coloque el conmutador del esquema, se tienen dos casos: a) el suplemento de 10 MHz queda conectado en serie con el hilo de 14 MHz. Este caso se emplea para transmitir en 10 MHz. (bobina en by-pass) b) la bobina queda conectada en serie entre el hilo de 14 MHz y el de 10 MHz. Este caso se emplea para transmitir en 7 MHz. La bobina se construye mediante prueba y error hasta que se consigue que el mismo hilo suplementario de 10 MHz haga resonar la antena en 7 MHz cuando se intercala dicha bobina. La antena ahora es capaz de radiar como una antena EFHW en 5 bandas incluyendo 7 MHz y sin embargo la longitud total (14 m.) queda reducida por la bobina como si se tratase de una antena de media onda de 10 MHz. Ha nacido una nueva antena. Os presentamos la "EFHW multibanda híbrida" ( Hamtennas)!! Detalles de construcción Para el radiante se emplea un hilo fino con aislante de PVC. Diámetro exterior 1,2 mm. El cable está formado por 7 cablecillos de 0,2mm. 1 Las trampas LC Se cortan unas pletinas de 40 x 20 mm con una cara con lámina de cobre y se hace un surco por la mitad para aislar ambos extremos del cobre. Por la cara sin cobre se monta el toroide y sus extremos se pasan por unos agujeritos a la cara del cobre, en donde se sueldan junto al condensador. Posteriormente se aplica una capa de silicona líquida para fijar el toroide y condensador y protegerlos de la humedad. Para terminar se sueldan los cables de la antena en ambos extremos. Cara frontal: toroide Cara trasera: condensador en la ranura

6 Trampa de 21 MHz: 15 vueltas sobre el toroide, inductancia de 1,1 µh. Condensador: 2 de 100 pf unidos en serie para obtener 50 pf. Trampa de 18 MHz: 12 vueltas sobre el toroide, inductancia de 790 nh. Condensador: 1 de 100 pf. Para saber con cuantas vueltas bobinar los toroides para la frecuencia de resonancia deseada se emplea el método que se ha descrito ampliamente en el artículo anterior, que emplea una fórmula teórica de valores L, C y de frecuencia de resonancia, junto con datos de toroides de la página web Estos valores son teóricos y sirven como valor de partida, pero es conveniente medir la frecuencia real de resonancia y ajustar el bobinado con un analizador de antenas si tienes uno disponible. Los toroides pueden ser pequeños si se van a emplear potencias QRP (5 vatios). T50-6. Para preparar unas trampas LC para QRO habría que emplear otros toroides más grandes, con mayor capacidad de flujo eléctrico. Se recomiendan los toroides T94-6 para 100 vatios o los T68-6 para 20 vatios. Método de medida y ajuste de las trampas LC Para saber con exactitud a que frecuencia resuenan las trampas de LC hay que emplear un buen analizador de antenas, tal y como hemos señalado. Yo no lo tengo, pero el buen amigo Jorge EA2LU ha tenido la gentileza de prestarme uno para poder medir con precisión las trampas. Para medir las trampas se coloca este sencillo circuito a la toma de medida del analizador: Trampa LC a medir Conector en "T" Carga de 50 ohmios Tal y como se ve, se coloca un conector T para poner una carga resistiva de 50 ohmios y en la otra parte conectar ambos extremos del circuito LC. Se hace un barrido de ROE con el analizador y allí donde se produce el valle es la resonancia.

7 Al terminar de ajustar las bobinas, es importante recordar que la inductancia en los toroides cambia mucho si las espiras se ponen juntas o separadas. Se puede aprovechar este efecto para desplazar la resonancia hacia nuestra frecuencia de interés. Las trampas se ajustan de modo que la resonancia quede justamente por debajo del extremo inferior de la banda, por ejemplo, para la trampa de 21 MHz, se busca que la trampa resuene en MHz. Una vez encontrado ese punto de resonancia habrá que fijar las espiras de la trampa para impedir que el uso de antena en el campo modifique su posición y varíe la resonancia. Para ello se pondrá algún tipo de sellado en el toroide, como unas gotas de adhesivo caliente o de silicona. En las fotografías se aprecia el valle ("Dip" en ingles) que se produce en el punto de resonancia: 2 La bobina Se arrollan 31 vueltas de hilo de cobre esmaltado de 0,5 mm de diámetro sobre un tramo de tubo de PVC de 24 mm de diámetro. Se obtiene una bobina de 21,1 µh. Se coloca un selector de 2 posiciones para conectar o desconectar la bobina (ver esquema de la página 4) para elegir 30/40 metros. IMPORTANTE. Manejo del conector de la bobina: Para transmitir en 14 MHz la bobina tiene que estar activa (posición para 7 MHz) de modo que la bobina corta el hilo funcionando como trampa. Si el conector se cambia y se pone para hacer by-pass de la bobina, la antena funciona en 10 MHz pero no en 14 MHz. 3 Alimentador para EFHW multibanda (3,5 a 30 MHz) El alimentador de esta EFHW, al tratarse de una antena para cubrir varias bandas de HF, no puede ser un transformador resonante para una solo banda, tal y como eran los alimentadores descritos en el artículo anterior, destinados a antenas EFHW monobanda.

8 En su lugar se emplea un transformador amplio para reducir la impedancia natural de la antena de ½ onda de aproximadamente 3000 ohmios a los 50 del equipo. El esquema es el siguiente: C: condensador de 150 pf y 1 kv A la antena Conector al equipo C Primario: 2 vueltas Secundario: vueltas Ejemplo de alimentador para 100 vatios. El bobinado comienza cubriendo el toroide FT con una capa de teflón (a). Después se toma un hilo de cobre de 1 mm de diámetro y se dobla un tramo de 10 centímetros y se retuercen ambos para que se forme un tramo de doble hilo apretado. Con ese hilo retorcido se dan 2 vueltas al toroide (b). Después de la segunda vuelta se separa uno de los hilos. De esa manera se tienen los hilos para vivo y malla (1 y 2) de la alimentación que se sueldan a un BNC. Con el otro hilo que ha quedado (3) se continúa el bobinado (c), con 7 vueltas en la misma dirección que al comienzo, un cruce para invertir el sentido del bobinado y otras 7 vueltas para terminar hacia la conexión de la antena (4) (a) (b) (c) Al final se mete en una caja con el condensador de 150 pf y 1 kv en el conector, entre el vivo y la masa:

9 Ejemplo de alimentador en versión Baja potencia (20 w) El esquema es idéntico pero si se utiliza para potencias menores (5~20 w) colocamos un toroide más pequeño del mismo material; el FT El hilo esmaltado también es de menor diámetro: 0,6 mm. Alimentador en versión ultraligera QRP Algunas rutas montaña son más largas y exigentes y el desnivel es considerable hasta alcanzar la cima. Para aligerar la antena al máximo he preparado una versión muy simple sin caja ni conector BNC; basta una pequeña pletina de madera ligera para sujetar los elementos. Para terminar se añade un pequeño tramo de 3,5 metros de coaxial fino RG-174 y así queda listo: 4 El hilo terminado y completo La longitud de hilos empleados en cada banda son: 21 MHz 6,40 m 18 MHz 0,77 m * 14 MHz 2,12 m * 10/7 MHz 2,93 m Total: 12,22 metros + trampas + bobina * al tramo anterior Conviene dejar algo más largos los hilos y cortar después con cuidado por banda.

10 Instalación en portable Tal y como se comentó en el artículo de las EFHW monobanda, se puede instalar en posición vertical, inclinada o V invertida. Para la antena con trampas LC hay que tener especial cuidado en evitar producir una excesiva tensión sobre las trampas. Es importante que las trampas queden colocadas a lo largo del hilo, al estirarlo, evitando sobre todo que una trampa quede colocada en el vértice de la caña lo que provocaría un ángulo demasiado agudo en sus extremos. Para evitar que el esfuerzo al mantener estirado el hilo rompa la soldadura del cable en las trampas, se colocan unos hilos de de pesca finos pero resistentes, de 0,4 mm de diámetro (braid fishing line / polietileno) para relajar la tensión sobre las trampas. Son unos tramos cortos de hilo que se atan al cable a pocos centímetros de los extremos de las trampas: Hilo de pesca de Ø 0,4 mm Hilo (verde) en el cable de antena (amarillo) para proteger la trampa Ensayos de campo Después de los primeros ensayos, esta antena se ha convertido en mi opción favorita para mis salidas al campo en los últimos meses. Casi siempre la he colocado en V invertida, con el vértice superior a 4,5 metros sobre el suelo. El cambio de bandas es instantáneo lo cual resulta muy cómodo para realizar contactos en cualquier banda, permitiendo hacer QSY con mucha comodidad y rapidez. También es posible cambiar de modo SSB a CW dentro de la misma banda y seguir empleando la antena con una variación de ROE aceptable. Si la ROE se elevase en exceso siempre sería posible compensarlo retocando la longitud total del radiante ligeramente. Lo ideal durante la construcción de la antena es haberla centrado para que resuene mejor en cada banda en la porción de CW de modo que para hacerla funcionar de manera optima en SSB se acorte algo el hilo enrollándolo un poco en el punto de alimentación. Sin embargo, como hemos comentado, las diferencias de ROE son bastante pequeñas entre CW y SSB y se puede utilizar la antena sin hacer estas modificaciones. No hay que obsesionarse en exceso con la ROE Con la antena se logran comunicados con toda Europa con buenos reportes y algunos DX. Incluso la he empleado para participar esporádicamente en verano en algún concurso desde localizaciones portables sorprendiéndome su versatilidad y adaptabilidad en diferentes configuraciones de uso.

11 En 7 MHz, a pesar de tratarse de una antena algo acortada por la bobina, los resultados son también satisfactorios. El peso total de la antena y los alimentadores mostrados es: - Antena EFHW hibrida MHz: 71 gramos (*sin la caña de pesca) - Alimentador QRO: 99 gramos. - Alimentador QRP: 45 gramos. - Alimentador ultraligero: 23 gramos. (*peso del coaxial aparte). Saludos cordiales, 73