viernes, 11 de abril de 2008

¿Por que enfasar antenas?

No es que yo sea un experto en la materia, pero la verdad es que todo lo relacionado con la VHF y superiores me atrae, y fue al montarme mis cuatro antenas F9FT cuando recopile toda esta información que ahora expongo aqui. Solo tuve que hojear algunas viejas revistas de radio y encontre un articulo de EA3DXU, la pagina web de EA1ABZ, la visita a la instalacion de EA5CJ más algunos de sus consejos, y la valiosa información del RADIO HANDBOOK. Uno de los elementos que determinan la ganancia de una antena es su longitud; para una antena correctamente diseñada y optimizada, su ganancia aumenta en 2,2 dB cada vez que se dobla su longitud. Actualmente se fabrican antenas con 8, 10 y hasta 12 metros de longitud, que ya presentan importantes problemas mecanicos. Pero si queremos aumentar más la ganancia no nos queda otro camino que "enfasar antenas". Una antena yagi tiene lo que se llama area de captura, que podriamos asociar a una supeficie cuadrada por cuyo centro cruza el " boom ". La antena tiene la capacidad de recoger la energia radiolectrica que ataviesa por este cuadrado procedente del trasmisor. Cuando enfasamos dos antenas, colocamos las areas de captura una junto a la otra y según la distancia que exista entre ambas antenas, se plantearan los tres casos siguientes.

Caso A. Distancia demasiado próxima, se pierde superficie de captura debido a la superposición de las dos áreas. En este caso obtendremos menor ganacia de la esperada. 

Caso B Distancia óptima, las superficies de captura quedan una al lado la otra, sin que haya superposición. Obtendremos una ganacia máxima.  Caso C Distancia excesiva. Apesar de que la ganacia por superposicón de áreas de captura es la misma que en el caso B, la interferencia de las antenas reduce la anchura del lóbulo principal y provoca importantes lóbulos laterales que son muy negativos para la recepción.

El diagrama de radiación de la antenaoriginal tendra un lóbulo de 80º, demasiado ancho.

en la fsiguiente figura, el resultado del enfasamiento esta proximo, el lobulo es más profundo y estrecho, 50º

En la B la distancia es óptima, el lóbulo es más profundo y la mitad de estrecho que el de la antena original, 40º, y se aprecia la aparición de dos importantes lóbulos laterales, que en el caso de conseguir un enfasamiento óptimo quedarian por debajo de los 13 dB.

En la C la distancia es excesiva, el lóbulo muy profundo y demasiado estrecho, 20º, obserbandose la aparición de tremendos lóbulos laterales, que en conjunto hacen la recepción muy dificultosa.

Cuando enfasamos dos antenas obtendremos una mejora en la ganancia de 3 dB con respecto a la antena original, y esta mejora se obtendra cada vez que doblamos el número de antenas.

Si tenemos una antena arriba de la otra, tendremos una disposición óptima para concursos y trafico normal de tropo por disponer de un ángulo horizontal muy ancho. El inconveniente reside en que no podemos disponer de elevación y que este montaje no permite alcanzar los 3 dB teóricos obteníendose solo 2,5 ó 2,6 dB. Si el enfasamiento es en el plano horizontal, una al lado de la otra, la ventaja reside en la facilidad de colocación de un sistema de elevación y la mayor ganancia coseguida 2,7 ó 2,8 dB en contrapartida de lo estrecho de su lóbulo que dificulta la operación en concursos y trafico en general.

Hasta aqui el porque, pero empecemos con el cómo.

La formula para hallar la impedancia del transformador de cuarto de onda es igual a la media geometrica de las dos impedancias que se desea adaptar.

z0 =z1*z2 ; z0 =50*112,5= 75 Ω

Esto quiere decir que tendremos que hacer los transformadores con cable de 75 Ω para conseguir 112,5 por cada transformador en la T y dividiendolo entre dos nos dara una impedancia de 56 Ω .

Tambien se pueden construir adaptadores de impedancias a partir de cuadradillo de aluminio y tubos de latón. Como se observa es una cuestión de buscar la relacion correcta entre los dos diametros para conseguir la impedancia adecuada.

sábado, 12 de enero de 2008

Reles, previos y secuenciadores

RELES, PREVIOS( L.N.A.) Y SECUENCIADORES

CONSIDERACIONES ATENER EN CUENTA EN LOS RELES COAXIALES
Cuando pretendemos elegir un rele coaxial para conmutar debemos tener en cuenta multiples consideraciones como la impedancia, v.s.w.r., aislamiento, perdidas por inserción, max. Potencia, conectores, etc.

IMPEDANCIA
La mayoria de los reles estan diseñados normalmente para una impedancia de 50 Ohms, pero los hay de otros tipos como los de 75 Ohms tambien validos y que muchas veces pasan inadvertidos en los mercadillos. Estos tienen un pequeño desfase residual que introduce hasta el mejor de los reles y que puede ser causado por la impedancia, asi como por discontinuidades en los conectores y en la conmutacion de los propios contactos del rele. Estos desfases varian con la frecuencia, pero un valor lo mas cercano a 1:1 (s.w.r.) es lo más apropiado.

PERDIDAS POR INSERCIÓN
Es la perdida medida entre los dos puertos activos en un momento dado, para entendernos la perdida que se introduce en el circuito al insertar el rele. La perdida por inserción tambien suele variar con la frecuencia y va aumentando conforme la frecuencia aumenta. Un ejemplo podria ser un rele que tenga 0,1 dB de perdidas por inserción en 50 Mhz aumentando a 0,8 dB en 430 Mhz.
Evidentemente cuando menor sea la perdida por inserción mejor.

MAX. POTENCIA DE CONMUTACIÓN
Esta es un caracteristica muy importante a la hora de elegir un rele y amenudo esta especificada para diferentes frecuencias. Conforme la frecuencia aumenta la max potencia de conmutación se reduce.
Como ejemplo, un rele que soporta una potencia de 400 W en 30 Mhz posiblemente solo pueda trabajar con 20 W en 1,2 Ghz.

AISLAMIENTO
Si lo que pretendemos es conmutar R.F alrededor de un previo de Rx ( l.n.a.), este es un parametro de lo más importante. Ningún rele coaxial es perfecto y cuando este esta conmutado parte de la R.F que esta pasando a traves de el esta presente en el puerto inactivo en ese momento. El aislamiento, tambien llamado crosstalk o isolation, entre los puertos de un rele esta medido en dB. Para entendernos si aplicamos 500 W a un rele que tiene un aislamiento de 30 dB, supondra que 500 mW se “colaran” en el puerto no activo en ese momento. Mucho menos que esto puede destruir nuestro preamplificador de antena. Otra vez el paramentro del aislamiento dependera de la frecuencia y este se degradara a medida que subamos la frecuencia.. Para trabajar con altas potencias al menos nuestros reles deben de tener un aislamiento superior a los 50 dB.

TIEMPO DE CONMUTACIÓN
Es el tiempo que tarda el rele de ir de una posición a la otra y normalmente esta entre los 10 y los 100 ms.

CONECTORES
La calidad de los conectores es fundamental para asegurar un adecuado acoplamiento y un bajo nivel de s.w.r. Conectores N son los ideales a partir de VHF, los SMA para la operación en microondas.

COMO CONECTARLOS
Ahora que ya sabemos que hay que tener en cuenta a la hora de elegir un rele coaxial, veremos que configuraciones podemos aplicar en nuestro caso.

En la figura 1 podemos ver la configuración más habitual para conectar un previo con dos reles coaxiales. Como se puede observar cuando los reles estan en reposo(sin corriente) el previo queda fuera del circuito. Esto nos proporciona varias ventajas, como por ejemplo:

  • En presencia de estatica debida a rayos, etc, cuando no estamos en casa el previo siempre esta fuera del circuito, lo que reduce la posibilidad de averia.

  • Conectado a un secuenciador y con un P.A , si fallara el secuenciador y no alimentara los reles, al Tx con el PA, el previo estaria fuera del circuito y no se averiaria.

  • Si falla cualquiera de los reles, se puede puentear el que queda con la linea principal y seguir saliendo al aire hasta su reparación


Figura 1

En la figura 2 podemos observar una de las configuraciones más utilizadas por los Dxers. Se trata de gastar dos lineas separadas una para la Tx y otra para la Rx. Como veis la linea de Tx es una linea de bajas perdidas para que se pierda la minima potencia en la linea de Tx y en la linea de Rx al tener un previo junto a las antenas podemos utilizar un cable razonablemente bueno. Este sistema requiere tener tx y rx por separado.

Figura 2

Por ultimo y si somos de los que tienen una potencia de Tx elevada (+ de1KW) y no queremos gastarnos el dinero en unos buenos reles con un aislamiento de 60 dB o más, podemos instalar nuestro previo y reles como muestra la figura 3. Añadiremos un pequeño rele que nos ofrecera esa seguridad adicional que no nos ofrecen nuestros reles con aislamineto deficiente. Esta configuración se puede
poner tanto en la fig.1 como en la fig.2 y ademas
obtendremos un maximo aislamiento si unimos, el rele auxiliar con el principal, a traves de ¼ de onda de la frecuencia utilizada.


Figura 3

Tras todas estas consideraciones y para finalizar debemos tener en cuenta que nunca debemos conmutar nuestros reles en “caliente”, ya que provocaremos serios daños en los contactos y en las cuchillas. Cuando apretamos el P.T.T y cerramos los contactos , estos no lo hacen inmediatamente y las cuchillas quedan “rebotando”entre los contantos, mientras la R.F ya esta presente, lo que provoca que poco a poco los contactos se vayan deteriorando al igual que las cuchillas. Para evitar este comportamiento podemos utilizar un secuenciador que como su nombre indica nos secuenciaria la conmutacion de todos los reles de nuestra estación, al pulsar P.T.T primero conmutaria los del previo y cuando estan cerrados por completo, pasaria a los del P.A y por ultimos los del equipo, con esto ademas de asegurarnos que los contactos ya no estan “rebotando”, nos aseguramos que el previo esta fuera del circuito.


¿Por que enfasar antenas?

No es que yo sea un experto en la materia, pero la verdad es que todo lo relacionado con la VHF y superiores me atrae, y fue al montarme m...