Antena J-Pole UHF
Sencilla antena para UHF, facil de construir sobre un tubo de PVC.
Empleando un tubo de PVC como soporte, para dar mas rigidez a la antena, fabricada con apenas unos metros de cable rigido de cobre de 2mm o mas, enfundado bajo un tubo de PVC de mayor diametro, nos ofrece una estetica muy aceptable con un rendimiento mas que valido.
Antena J-Pole V/U por (DL2KQ)
La antena J es común en VHF como antena externa para comunicaciones locales (a unas pocas decenas de kilómetros).
Se trata de un dipolo vertical de media onda, con un contrapeso de un cuarto de onda, acoplado a un tramo de línea de aire λ/4 de alta resistencia. El truco es que este segmento sirve al mismo tiempo como contrapeso (más precisamente, la corriente de asimetría de este segmento es responsable de esto). El diseño resultante es muy sencillo: se dobla adecuadamente un trozo de alambre o tubo de longitud λ.
Pero en su forma más simple, la antena J es de banda única. Y, debido al uso generalizado de transceptores VHF de doble banda de 145\435 MHz, se requieren dos bandas desde una antena externa. En principio, no es difícil fabricar dos antenas monobanda independientes. Pero tender dos cables separados desde el techo es una muy mala idea. Después de todo, los cables coaxiales con baja atenuación en VHF son caros.
Por lo tanto, los radioaficionados han intentado repetidamente combinar las ventajas de la antena J (diseño simple, buenos parámetros, CC cerrada, la posibilidad de conectarse a un mástil conectado a tierra sin aislante) con la de doble banda. A continuación veremos estas soluciones, analizaremos sus pros y sus contras y luego intentaremos seguir adelante.
1. La solución más sencilla es utilizar la antena J de 145 MHz tal cual y en 435 MHz . La altura de la parte vertical radiante en el rango de 435 MHz es 3/2 λ, y la longitud de la línea de dos hilos correspondiente es 3/4 λ. A primera vista, la idea parece lógica. Después de todo, la impedancia de un emisor de 3/2 λ es casi la misma que la de una media onda, y las propiedades transformadoras de una línea de 3/4 λ son casi las mismas que las de un cuarto de onda (en una línea , todos los procesos se repiten cada 1/2 λ, por lo tanto, en el caso de una línea con pequeñas pérdidas, simplemente se puede descartar media onda). Las mediciones de ROE lo confirman: la antena J de 145 MHz tiene una adaptación tolerable (aunque lejos de ser ideal) a 435 MHz.
Pero necesitamos una antena no sólo para tomar energía del transmisor, sino también para irradiarla en la dirección deseada. Y este es el problema con este diseño. El patrón cenital de un emisor vertical de 3/2 λ no es bueno: la radiación máxima se dirige hacia arriba a 45 0 , y en ángulos bajos con respecto al horizonte (de donde provienen tanto las estaciones locales como las DX) casi no se emite nada.
Conclusión: una antena de este tipo a 435 MHz no es adecuada.
2. La situación con el patrón antiaéreo en 435 MHz y la adición de un segundo emisor λ/2 en la parte superior a 145 MHz (naturalmente, a través de una línea de fase de cuarto de onda para 145 MHz para garantizar la sincronización con el emisor inferior a 145 MHz) no cambia.
Este diseño se llama Super J y es realmente muy bueno a 145 MHz. Pero a 435 MHz su patrón antiaéreo «brilla» hacia arriba y sólo se le puede llamar antena de forma condicional.
Por lo tanto, se utilizan antenas donde el emisor de 435 MHz se fabrica como una antena J separada de este rango y, por lo tanto, tiene un buen patrón antiaéreo: irradia a lo largo de la superficie de la tierra.
3. KG0ZP describe una opción obvia para combinar dos antenas J separadas de 145 y 435 MHz en una antena que llamó «cactus de cobre» . En la parte superior del tubo emisor de 145 MHz hay una antena J de 435 MHz con su propia línea y cable de alimentación correspondientes (estructuralmente, va dentro del tubo emisor de 145 MHz y sale por un orificio cerca de la línea de 435 MHz).
Plus del “cactus de cobre”: buena radiación antiaérea en ambos rangos. Contras: dos cables de alimentación separados. Esto era bueno y razonable cuando los transceptores tenían salidas separadas de 145 y 435 MHz. Pero en los dispositivos modernos con una toma de antena, dos puntos de alimentación de antena requieren un filtro divisor. Y esto supone complejidad, costes y pérdidas innecesarios.
4. Una idea bastante buena para combinar dos antenas J es utilizar la línea coincidente de la antena J de 145 MHz como radiador a 435 MHz. Esta antena se llama Open Stub J-Poles , su archivo de modelo para esta antena está en el programa GAL-ANA .
En las siguientes dos capturas de pantalla se muestra la apariencia de los Open Stub J-Poles, la distribución actual y los patrones antiaéreos en el espacio libre por alcance.
Para lograr la coincidencia de dos rangos diferentes en un punto de alimentación, Open Stub J-Poles utiliza líneas con diferentes impedancias de onda, es decir, con diferentes distancias entre sus conductores. Por lo tanto, tuvimos que abandonar el clásico circuito de alimentación de antena J con una sección inferior de la línea en cortocircuito y hacer coincidir solo la distancia entre los conductores de la línea superior. Esto lo hizo demasiado grande. La influencia de la corriente a lo largo de una larga sección horizontal de la línea distorsiona los patrones acimutales y cenitales (consulte las capturas de pantalla de arriba).
Otra desventaja de los Open Stub J-Poles es que el punto de alimentación de CC está abierto y generalmente tiene una selectividad de frecuencia deficiente. Con una fuerte desafinación de los rangos operativos, esta antena equivale en realidad a una antena de látigo de medio metro de altura, es decir. es bastante capaz de recibir potentes transmisores fuera de banda (TV, radiodifusión, etc.).
Solución y diseño
Después de analizar todos los diseños conocidos anteriores, llegué a la conclusión de que no son adecuados para mi caso. Quería tener una antena externa de doble banda de 145\435 MHz con un patrón antiaéreo decente, ganancia a 435 MHz (las señales en este rango son más débiles que a 145 MHz), con buena selectividad de frecuencia (para no sobrecargar el receptor con señales fuera de banda) y CC cerrado (de modo que era posible dejar la antena conectada al transceptor durante mucho tiempo sin temor a que se rompiera la entrada de este último por corrientes estáticas o inducidas por rayos). En otras palabras, para el transceptor móvil VHF UV-5R se necesitaba una antena externa .
Dejaré de lado la intriga y les mostraré inmediatamente lo que sucedió (foto de la derecha, en la que se puede hacer clic, siga el enlace para ver una foto en mejor resolución). Pero te cuento cómo quedó esta antena.
Se sabe que un dipolo vertical de media onda de 145 MHz tiene un patrón cenital deficiente a 435 MHz. La razón de esto es el tramo con corriente antifase en el medio. Para eliminar la influencia de esta sección sobre la radiación, se dobla en una sección de una línea de dos hilos en cortocircuito. De modo que en el rango de 435 MHz se obtendría un sistema en fase de dos emisores de 5/8 λ. Y en el rango de 145 MHz, esta línea equivale a una pequeña inductancia, acortando ligeramente el dipolo λ/2. Esta es una solución estándar ampliamente utilizada en antenas colineales de doble banda. Pero se usa al alimentar en medio del vibrador.
Y aquí iremos más allá e intentaremos potenciar este diseño desde el final. En principio, también se conocen soluciones de este tipo. Pero utilizan dispositivos de adaptación LC bastante complejos en el punto de alimentación, tanto en el montaje como en la fabricación. Y tampoco queremos eso. Intentemos utilizar un circuito de alimentación de antena J típico con una línea de un cuarto de onda en la parte superior y un cable en cortocircuito en la parte inferior.
¿Pero cómo? De hecho, en diferentes bandas, la impedancia de la antena y la longitud eléctrica de las líneas del sistema de suministro de energía y sus propiedades transformadoras son diferentes. Y es obvio que sin una combinación fija de dimensiones de emisor, longitudes e impedancias de onda del dispositivo de adaptación en las líneas, no será posible lograr la adaptación en dos rangos diferentes.
Bien, veamos qué podemos hacer que no sea fijo, pero sí diferente para las dos gamas.
- En principio, es posible cambiar el tamaño y la forma del emisor según el rango (por ejemplo, escaleras, bobinas, etc.). Pero aquí no tenemos libertad. En primer lugar, la distribución de corrientes en el vibrador debe ser tal que garantice un buen DP en ambos rangos. En segundo lugar, la alimentación desde el final, a través de una línea de dos hilos, implica una alta impedancia, es decir dimensiones resonantes. Esto significa que cambiar el tamaño del vibrador no funcionará.
- Cambiar los tamaños físicos de las líneas por rangos tampoco funcionará. También echamos de menos el cambio mecánico a VHF.
- Queda la única opción: hacer que la impedancia de onda y las propiedades transformadoras de líneas de dimensiones físicas fijas sean diferentes en rango. Pero aquí hay algo con lo que trabajar.Somos bastante capaces de hacer diferentes distancias entre los cables de la línea (es decir, en otras palabras, doblarla de manera diferente a lo largo). Según las curvas, la impedancia de onda de la línea a lo largo de su longitud cambiará. Y, dado que la distribución de la corriente a lo largo de las líneas difiere en diferentes rangos, el mismo cambio local en la impedancia de la onda tendrá diferentes efectos en diferentes rangos.Es decir, al doblar las líneas coincidentes, ganamos un grado adicional de libertad para reducir la impedancia de entrada a 50 ohmios simultáneamente en ambos rangos.
En general, doblar la línea de la antena J no es idea mía. En los años 90 del siglo pasado, los radioaficionados de Minsk combinaron con éxito antenas J de banda única de 145 MHz hechas de varillas de aluminio, no mediante el método clásico de mover puentes, sino doblando y doblando la parte superior de la línea de coincidencia de un cuarto de onda. . Al mismo tiempo, la impedancia de onda de la línea y sus propiedades transformadoras cambiaron.
Aquí iremos más allá y doblaremos la línea en varios lugares hasta obtener una coincidencia exacta en dos rangos.
Esta tarea no es fácil, pero con optimización se puede solucionar. El resultado se muestra en la foto de la derecha y en el archivo del modelo de esta antena (en formato GAL-ANA ). La pequeña inductancia en el punto de alimentación simula la inductancia del extremo dividido de un cable coaxial.
Los patrones calculados por rango se muestran en las dos capturas de pantalla siguientes. Además de los parámetros de la antena y la distribución de corrientes en ella, muestran las dimensiones principales.
Configuración y medidas del diseño.
La antena está hecha de alambre de cobre desnudo con un diámetro de 1,7 mm (cuadrados eléctricos de 2,5 «, sin aislamiento). Se utilizó una caña de bambú como base de soporte. Para evitar su efecto de alargamiento (como dieléctrico), el cable de la antena se tira hacia el poste con bridas, no directamente, sino a través de pequeños espaciadores de plástico de 5 mm de espesor. Las dimensiones y forma del cable corresponden a la foto y a las dimensiones mostradas en la figura y en el modelo , con la única diferencia: la longitud del cable de dos hilos en el modelo es ligeramente más larga que en la realidad (140 mm versus 120 mm) debido a la diferente forma de torsión de este cable (cuadrado en el modelo, círculo en realidad). La alimentación se suministra mediante un cable RG-316, soldado directamente a la antena (no se mueve durante el ajuste).
Si la ROE se realiza con precisión en ambos rangos, inmediatamente resulta no peor que 2. Pero para un ajuste preciso necesitará un medidor de ROE o un analizador de antena. El ajuste se realiza doblando el cable derecho (en la foto) de la línea correspondiente (en diferentes lugares, ver foto) y cambiando ligeramente la forma de la sección inferior en cortocircuito.
Con la debida paciencia, obtendrá los resultados que se muestran en las capturas de pantalla a continuación (me tomó 15 minutos lograrlos en el analizador panorámico).
El ancho de banda para ROE < 2 es de aproximadamente 3,5 MHz en el rango de 145 MHz y aproximadamente 9 MHz en el rango de 435 MHz, es decir La antena es de banda bastante estrecha, como necesitábamos.
Con la antena descrita, el transceptor UV-5R a 145 MHz desde el balcón del noveno piso se abrió con seguridad y escuchó claramente el repetidor desde una distancia de 67 km, que no se abrió y se escuchó débilmente en el ruido del «goma» estándar. banda” del UV-5R. No se observó obstrucción del receptor por potentes transmisores de radio FM (varios kilovatios en varios kilómetros).