CONSTRUYENDO UN
DIPOLO CORTO
(Building a short
dipole - shortened dipoles)
Por Sergio Zuniga, CE2CG, antes CEJNZ
La
Serena, Chile – 6 de marzo de 2011.
Por años quise construir experimentalmente un dipolo
realmente corto.
En el caso de la banda de 40
metros, buscando en internet siempre encontré dipolos de media onda que medían
como mínimo 10 metros o más de punta a punta. Esto no me parecía
suficientemente corto, considerando el reducido espacio que muchos
radioaficionados disponen en sus patios.
Buscando encontré una solución propuesta por Gerald L. Hall, K1TD en la revista QST
de Septiembre de 1974, titulado " Off-Center-Loaded Dipole Antennas".
Esta solución afortunadamente usa coaxial de 50Ω como línea de
transmisión. Este tipo de antenas es tratado también brevemente en el
ARRL_Antenna Book 2007 (21ed) en el capítulo 6 de Low-Frequency Antennas
(página 6.39, Shortened Dipoles).
Posteriormente, George
Murphy (VE3ERP) incluyó en su programa de computador HamCalc las fórmulas de Jerry Hall. Un problema es que HamCalc está
en DOS, lo que introduce algunas dificultades en correr ese tipo de programas
en computadores basados en Windows, por ejemplo.
A continuación resumo algunas características del dipolo
corto, entrego algunas recomendaciones para correr el programa, y expongo los
resultados de una experiencia práctica.
1.- VENTAJAS DEL DIPOLO CORTO DE K1TD
Para construir un dipolo de media onda, normalmente lo que
uno hace es definir la frecuencia de uso, por ejemplo 7,1 MHz para la banda de
40 metros. Los cálculos arrojarán el largo de cada brazo del dipolo. En el caso
común, sabemos que el largo de cada brazo será aproximadamente de 10 metros. Si
queremos acortar el dipolo habrá que usar algún tipo de bobina o trampa. En
este caso tendremos que definir el grosor del alambre de la bobina-trampa, y el
resultado serán las características de la bobina y el largo de la antena.
Lo que propone K1TD es un proceso distinto:
Primero uno define el
largo del dipolo, de acuerdo al terreno disponible. Luego la frecuencia de
trabajo, y el grosor del alambre de la bonina.
El programa arroja la
inductancia de la bobina (que en realidad son cargas inductivas), su Q, su
diámetro, y la posición de las dos bobinas en el dipolo, es decir las distancia
de las bobinas del centro del dipolo. Es decir, el largo final del dipolo es un
input, algo que uno define a priori, y casi todo lo demás es una salida.
Menos palabreo y entremos en la experiencia práctica.
2.- EL PROGRAMA HAMCALC DE GEORGE MURPHY
(VE3ERP)
Se deben tener presentes varios detalles para que el
programita corra:
1.- El programa debe estar
en una carpeta en el directorio raíz, de la siguiente forma: C:HamCalc
El archivo sobre el cual
hay que hacer doble click es VE3ERP.BAT. En la carpeta HamCalc se encuentra
realmente el programa.
La siguiente imagen
ilustra el punto.
2.- HamCalc no permite la
operación del mouse. Hay que manejarse en el programa solamente con el teclado.
3.- Para maximizar la
ventana del programa, mantenga presionada la tecla 'ALT', y a continuación
presione la tecla 'ENTER'.
4.- Si presionando teclas
el programita se cae por algún error, simplemente mantenga presionada la tecla
'ALT', y a continuación presione la tecla 'TAB'. Con esto puede cerrar el
programa, y correrlo nuevamente.
Al ejecutar el programa, se notará que el mismo permite
hacer un montón de cosas. Sin embargo lo que nos convoca en este momento se
encuentra en el menú 'G', y luego '11'. Esto nos llevará a
'Short-Off-Centre-Loaded Dipole'.
3.- LA ESTRUCTURA DEL DIPOLO
El diagrama de la antena debe ser bien comprendido. Esta es
la figura que muestra el programa:
|
·
El segmento A
es el largo total del dipolo, de punta a punta. ·
El segmento A/2
es el largo de un brazo del dipolo. ·
El segmento B es
la distancia desde el centro del dipolo hasta el comienzo de la bobina
(loading coil). ·
El segmento C
es la distancia desde el comienzo de la bobina hasta el final de un brazo del
dipolo.
Nótese que la antena usa
coaxial de 50 Ohms. |
4.- LOS CÁLCULOS
Ahora paso a explicar lo que hice:
|
El programa pregunta |
Yo respondo |
|
Standard units of
measure |
Metric |
|
Centre Frequency |
7.1 MHz |
|
Length (segmento A) |
4 m (quise hacer una
antena extremadamente corta). |
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Conductor size |
a (diámetro en mm) |
|
Wire size (mm) |
2.7 mm es el diámetro
del alambre. He usado uno bastante grueso. |
Con esto, el programa
arroja una advertencia, al tratarse en ese ejemplo de una antena extremadamente
corta.
Los resultados son los
siguientes:
La opción <1> indica
la antena con mejor Q, con Q=670.
Esta es la que hemos
construido.
Nótese que:
B=0,2m, es decir desde el
centro del dipolo hasta el comienzo de la bobina (loading coil) deben haber 20
cm.
C=1.8m, es decir desde el
comienzo de la bobina (loading coil) hasta el final de un brazo de la antena
deben haber 1,8 m.
También obtenemos
información para construir la bobina:
|
L (inductancia) =
29.7mHenrios Diámetro de la bobina =
14,96 cm Autoresonancia = 9,3 MHz Q=670. Elegir un alto Q se traduce
en un mejor desempeño de la antena y un mejor ancho de banda. |
Nótese que si hubiese
usado un alambre esmaltado de 1mm, entonces la bobina hubiese sido mucho más
pequeña en diámetro: L (inductancia)=
34.5mHenrios Diámetro de la bobina =
8,11 cm Autoresonancia = 11,7
MHz Q=554. |
Una antena con A=10
metros, y una bobina con alambre de 1mm, entonces la bobina hubiese sido aún
más pequeña: L (inductancia)= 12,2
mHenrios Diámetro de la bobina =
5,73 cm Autoresonancia = 23,4
MHz Q=563. |
5.- CONSTRUYENDO LA BOBINA
|
Para esto bastan tres
datos: El grosor del alambre=2.7mm, el diámetro de la bobina=15cm y la
inductancia deseada=29.7mHenrios. Usando la fórmula 67 de
la página 4.33 del ARRL_Handbook_2009 (medidas de longitud están en
pulgadas), el número de vueltas resultante es de 13,15 vueltas. |
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Abajo se muestran fotos con la bobina terminada. Elegí un
PVC de 15cm de diámetro y dí algo más de 15 vueltas con el cable de cobre en
el.
Las fotos de abajo muestran que la inductancia obtenida se
encuentra alrededor de 26-28 mH, algo más bajo que los 29,7mH deseados. En todo
caso seguimos con el experimento tal cual, sin más ajustes.
6.- EL DIPOLO CORTO COMPLETO
Las bobinas son bastante grandes y pesadas, pero como se
trata de un experimento, a pesar de los problemas mecánicos, paso a
continuación a hacer las mediciones de la antena.
7.- DESEMPEÑO DEL DIPOLO
El MFJ muestra abajo la frecuencia y la lectura de la ROE en
esa frecuencia.
El MFJ muestra que
efectivamente la antena tiene un ancho de banda extraordinario, con un ROE
inferior a 1:3 entre los 4 y los 9 MHz!!!!!.
Sin embargo no se encontró
un punto ROE perfecto, ya que la menor ROE fue de solo 1:2,2. En cualquier
caso, el sintonizador automático del equipo de radio HF logra llevar la antena
a una ROE de 1:1 sin problemas en todo el rango anterior.
Luego, se puede decir que el dipolo realmente funciona. Sin
embargo, un resultado mucho más práctico fue tratar de escuchar y que me
escuchen. En este sentido este dipolo resultó ser extremadamente ineficiente.
Captó mucho ruido, y la señal de radio deseada fue captada muy débilmente. Eso
sí, las pruebas fueron hechas a baja altura, 1,0 - 1,5 metros de altura
solamente. El ARRL_Handbook_2009, página 22.2 señala que en el dipolo efectivamente
la altura es crítica, y uno debiera asegurar que ésta altura sea de a lo menos
1/4 λ (regla de oro de los dipolos). En el caso del dipolo corto anterior,
este debería ser ubicado a 10 metros de altura como mínimo, y con los brazos lo
más abiertos posibles.
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Una forma de levantar
este dipolo a alturas suficientes, con poco espacio y manteniendo los brazos bien abiertos, sería soportar la
antena en un tubo de PVC horizontalmente, y colgarlo desde el centro usando
tensores de piola para fortalecer la estructura, tal como se muestra en la
foto de la derecha. Con esto se podrían
eliminar los vientos del dipolo, dado el espacio que éstos requerirían,
buscando una forma alternativa mantener la antena en la dirección deseada. También se podría
sustituir los tramos que van más allá de las bobinas con tubos de aluminio de
pequeño diámetro, para hacer el ajuste fino en la ROE. |
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Un modelo de antena parecido
se podría preparar para excursiones o paseos, y quedaría como una antena
portátil. Comercialmente se ofrece
una versión parecida llamada Buddipole. Estas versiones
portátiles son recomendables en 6, 10, 12, 15, 17, y 20 metros, pero no son
eficientes es 40 o 80 metros. |
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Una forma alternativa de
hacer la bobina, usando pernos con golillas, es la que se muestra a la
derecha. |
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8.- CONCLUSIONES
Una de las advertencias hechas por el diseñador de esta
antena, es que a alturas de 10 a 30 metros el dipolo acortado funcionará bastante
bien si cumple con la condición de ser mayor a un 20% del largo de la onda. Es
decir, si se trata de la banda de 40 metros, el dipolo debería ser de a lo
menos 8 metros de largo. El dipolo que acabo de construir era de solo 4 metros
de largo, por lo que no cumplió con la condición anterior, y no debería
esperarse mucho de su desempeño. Sin embargo, si el dipolo de media onda para
40 metros mide 20 metros de largo, un dipolo eficiente y económico de a lo
menos 8 metros de largo aún suena atractivo.
Otra recomendación es que las bobinas de carga estén
ubicadas tan alejadas del centro de la antena como sea posible. Una antena tan
corta como la de esta experiencia lamentablemente dejó las bobinas muy cerca
del centro. Sin embargo, alejarse del centro de la antena también tiene sus
costos, ya que simultáneamente ocurrirá que:
- Las bobinas deberán ser
cada vez mayores (mayores inductancias),
- La frecuencia de
autoresonancia de las bobinas disminuye hasta llegar a ser igual a la
frecuencia de resonancia de la antena propiamente tal. En este caso, el Q de la
antena cae a cero, al igual que la eficiencia de la antena.
Finalmente, se destaca que
el Q óptimo de esta antena se logra cuando la frecuencia de autoresonancia es
el doble de la frecuencia de trabajo de la antena.
¿Conclusión final? Que efectivamente se puede construir un dipolo
muy corto y económico. Que ese dipolo corto, si mide menos de un 20% del largo
de onda correspondiente a la frecuencia de resonancia y se ubica a menos de 10 metros de altura, arrojará resultados que nos
dejarán desconformes.
La conclusión
finalísima para mí: Que si se tiene un espacio muy limitado para instalar
una antena HF, entonces más conviene instalar una antena vertical. Si bien esta
última conclusión era a priori intuitiva y conocida, para mí bien valió la
entretención de verificarlo personalmente.
Como siempre, comentarios y observaciones son siempre bien recibidos.
Saludos cordiales desde el Cerro Grande de La Serena - Chile.
Sergio Zuniga – CE2CG
Marzo de 2011.