CONSTRUYENDO UN DIPOLO CORTO

(Building a short dipole - shortened dipoles)

Por Sergio Zuniga, XQ2CG

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)

 

El programa HamCalc es de distribución gratuita, y puede bajarse aquí (archivo .rar, de 2.3 megabytes).

 

         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.

Dibujo1.JPG

 

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.

 

Dibujo3.JPG

 

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).

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:

 

Dibujo4.JPG

 

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.

 

 

 

 

         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.

DSCF2087  DSCF2089

         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.

DSCF2083 DSCF2085

 

 

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.

DSCF2067 DSCF2071

 

DSCF2069 DSCF2068

 

 

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.

 

DSCF2075 DSCF2076 DSCF2077

 

DSCF2079 DSCF2081 DSCF2082

 

         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.

 

 

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.

Dibujo34435.JPG

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.

bobdipole.jpg

Una forma alternativa de hacer la bobina, usando pernos con golillas, es la que se muestra a la derecha.

Dibujo8678.JPG

 

        

 

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 – XQ2CG

Marzo de 2011.

 

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