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Antena Varillera

 

 

 
Para el trabajo en móvil o espacios reducidos en las bandas de 160 metros a 10 metros se usa la antena vertical de varilla. Dado que las varillas muy largas presentan dificultades mecánicas, el largo se limita casi siempre al que se necesita para hacer resonar la varilla como antena de un cuarto de onda en 10 metros, no es conveniente que esta sea superior a 0,6 de un largo de onda. El largo de la varilla es, aproximadamente de 2,6 metros, 1/4 de longitud de onda para 28 MHz (10 metros).
 

Con la varilla ajustada para resonar en la banda de 10 metros, la impedancia en el punto de alimentación, aparecerá como una resistencia pura a la frecuencia de resonancia. Esta resistencia  estará compuesta casi enteramente por la resistencia de radiación y el rendimiento será alto. En cambio, para frecuencias menores que la de resonancia, la antena ofrecerá una reactancia capacitiva creciente y una resistencia de radiación decreciente al disminuir la frecuencia.

 
 

 

El circuito equivalente en las frecuencias inferiores a la de resonancia, la antena de varilla ofrece una reactancia capacitiva (Ca)  junto con cierta resistencia en serie (Rr) la resistencia de radiación.

 

  Cálculo de la capacidad de la varilla
 
Donde:  

 

Ca = Capacidad de la antena en pF

L= Longitud de la antena en Pie

D = Diámetro de la antena en pulgadas

f = Frecuencia de operación en MHz

 

 
Diámetro en milímetros Capacidad en pF Longitud en metros
3,175 17 1,83
3,175 38 4,5
6,35 19 1,83
6,35 42 4,5
12,7 23 1,83
12,7 47 4,5
 
Nótese que para valores de diámetro y longitud mayor, se produce un aumento considerable de la capacidad que presenta la varilla con la consiguiente reducción en la inductancia de la bobina para la condición de resonancia.
 
Para una varilla de 2,45 metros, la reactancia del capacitor Ca puede variar desde unos 150 Ohm a 21 MHz hasta unos 8000 Ohm a 1,8 MHz, mientras que Rr varía desde unos 15 Ohm  hasta 0,1 Ohm respectivamente. Puesto que la resistencia es baja, para que se disipe una potencia considerable como radiación, debe circular por el circuito una corriente considerable. Si la reactancia serie del circuito es elevada, no será fácil obtener la corriente necesaria.
 

Se puede calcular con suficiente aproximación la Resistencia de radiación de una varilla de una longitud de 10% de longitud de onda:

Donde:
 

l= Longitud de la antena en pulgadas

f= frecuencia en MHz

 
 

 

Eliminando la reactancia capacitiva
La reactancia capacitiva se cancela conectando una reactancia inductiva equivalente (Lc) en serie con la antena y esta capacidad de manera que el circuito entre en resonancia. Todas las bobinas tienen resistencia (Rc), estará inserta en serie en el circuito equivalente.
Aunque una bobina grande puede radiar cierta energía, aumentando así la Rr, ésta resistencia de radiación que se agrega por efecto de la bobina, es en general despreciable comparada con la pérdida que introduce la resistencia de la bobina, pero que no podemos dejar prescindir pues es la que hace posible transferir energía a la antena.
Pérdida en la conexión de tierra
Otro elemento del circuito  capaz de disipar potencia es la resistencia de pérdida por tierra (Rg). Fundamentalmente, ésta está relacionada con la naturaleza del terreno en el área en que se halla la antena. Es poca la información que se dispone acerca de los valores que toma Rg en la práctica, algunas mediciones que puedan hacerse pueden alcanzar valores de hasta 10 Ohm ó 12 Ohm en la banda de 80 metros. En frecuencias aún más bajas, ésta resistencia puede llegar a constituir la mayor parte de la resistencia total del circuito.
Suponiendo que Ca es un capacitor sin pérdidas la potencia de salida del transmisor se distribuye entre Rc, Rg y Rr. Sólo la potencia disipada en Rr es radiada mientras que la potencia desarrollada en Rc y Rg se disipa como calor.
Bobina de carga
Los valores de capacidad de la varilla que es usada como antena permite determinar el valor de inductancia necesaria para que ésta entre en resonancia, los datos que presentamos en la tabla correspondiente son aproximados, pero que servirán como punto de partida para el trabajo experimental que debe realizarse.
Para disminuir al mínimo las pérdidas de la bobina de carga, ésta debe tener un alto Q (relación reactancia resistencia). Una bobina de carga para la banda de 80 metros hecha con alambre fino y sobre una forma sólida de poco diámetro, poca calidad y encerrada en un protector metálico, puede tener un Q no mayor de 50, con una Rc mayor a 50 Ohm. Para conseguir bobinas de alto Q, del orden de 300 con una Rc de 12 Ohm, es necesario construirla con alambre grueso, al aire, vueltas espaciadas, un diámetro no inferior a la mitad de su largo y un mínimo de metal en su campo. Este aumento significativo del Q de la bobina que puede conseguirse se ve reflejado en un aumento de la energía irradiada del orden de 5 dB equivalente a aumentar 3 o más veces la potencia del transmisor.
 
Ajuste de la antena
Especialmente en las frecuencias más bajas, donde la resistencia equivalente es muy baja comparada con la reactancia de la bobina, la antena representa un circuito de muy alto Q, el que necesita ser resintonizado aún con pequeños cambios de la frecuencia. Uno de los métodos ideados para evitar este inconveniente a expensas del rendimiento de la antena es precisamente la bobina de carga de bajo Q. Un método simple y eficiente es disponer de una inductancia adaptadora (La) en serie con la antena en su base conectada a tierra, en la que se conectará el cable coaxial a la derivación adecuada.

 

Para trabajar en las bandas de 80 metros a 10 metros la varilla debe hacerse resonar primero a la frecuencia más alta con la bobina adaptadora en el circuito, sin bobina de carga, la línea de transmisión desconectada y usando para ello un medidor de absorción acoplado a la bobina adaptadora.
Se conecta la línea de transmisión y se variará la posición de la derivación hasta conseguir la carga adecuada, usando en el extremo del transmisor un eslabón cuya reactancia sea aproximadamente de 52 Ohm a la frecuencia de trabajo y que esté estrechamente acoplado al circuito tanque de salida. Luego de haber hallado la posición correcta de la derivación, suele ser necesario reajustar ligeramente el largo de la varilla de antena para lograr nuevamente la resonancia. Esto puede verificarse mediante un medidor de intensidad de campo ubicado a algunos metros de la antena.
Para cada una de las otras bandas se seguirá el mismo procedimiento, buscando primero la resonancia con el medidor de absorción acoplado a la bobina adaptadora y modificando la bobina de carga ahora inserta en la antena.
Una vez determinada la posición de la derivación, la bobina adaptadora puede reducirse, si se desea, a sólo la posición comprendida entre la derivación y masa. De procederse así, será necesario volver a ajustar a resonancia mediante el ajuste de la bobina de carga.
Si se desea una línea completamente plana, deberá usarse un indicador de r.o.e. durante el ajuste de la bobina de carga.
 
Dimensiones aproximadas para las bobinas de carga Capacidad aproximada en pF de la antena vertical
Inductancia en uHy Vueltas Diam Al. en mm Diam. Bob. mm Largo Bob. mm
Carga en la Base
700 190 0,644 76,2 254 Longitud en Cm Diámetro de la varilla
345 135 1,024 76,2 254 3,2 mm 6,3 mm 12,5 mm
150 100 1,291 63,5 254 180 17 20 23
77 75 1,628 63,5 254 270 25 27 30
77 29 2,053 127 108 360 31 35 40
40 28 1,291 63,5 50,8 450 39 42 48
40 34 2,053 63,5 108 Carga al Centro
20 17 1,291 63,5 31,7 Longitud en Cm Diámetro de la varilla
20 22 2,053 63,5 69,8 3,2 mm 6,3 mm 12,5 mm
8,6 16 1,628 50,8 50,8 180 8.5 10 11.5
8,6 15 2,053 63,5 76,2 270 12.5 13.5 15
4,5 10 1,628 50,8 31,7 360 15.5 17.5 20
4,5 12 2,053 63,5 101,6 450 19.5 21 24
2,5 8 2,053 50,8 50,8        
2,5 8 4,115 60,3 114        
1,25 6 2,053 44,4 50,8        
1,25 6 4,115 60,3 114        
Valores aproximados para varillas de 2,45 metros    
Carga en la Base    
F. en KHz Lc en uHy Rc (Q50) Ohm Rc (Q300) Ohm Rr Ohm Ra Ohm La en uHy    
   
1800 345 77 13 0.1 23 3    
3750 77 37 6.1 0.35 16 1.2    
7200 20 18 3 1.35 15 0.6    
14200 4.5 7.7 1.3 5.7 12 0.28    
21250 1.25 3.4 0.5 14.8 16 0.28    
29000         36 0.23    
                 
Carga al Centro    
F. en KHz Lc en uHy Rc (Q50) Ohm Rc (Q300) Ohm Rr Ohm Ra Ohm La en uHy    
   
1800 700 158 23 0.2 34 3.7    
3750 150 72 12 0.8 22 1.4    
7200 40 36 6 3 19 0.7    
14200 8.6 15 2.5 11 19 0.35    
21250 2.5 6.6 1.1 27 29 0.29    
Referencias    
F Frecuencia    
Lc Inductancia de la bobina de carga    
Rc Resistencia de la bobina de carga    
Rr Resistencia de radiación    
Ra Resistencia en el punto de alimentación (Para Lc Q=300)    
La Inductancia de la bobina adaptadora (Para Lc Q=300)    
 
Breve reseña del ancho de banda de la antena en función del Q de la bobina

  Mayor Q

Banda Ancho de banda aproximado R.O.E 2:1 o mejor
10 Metros 150-250 kHz
12 Metros   90-120 kHz
15 Metros 100-150 kHz
17 Metros 120-150 kHz
20 Metros   80-100 kHz
30 Metros    50-60 kHz
40 Metros    40-50 kHz
80 Metros    25-30 KHz

  Menor Q

Banda Ancho de banda aproximado R.O.E  2:1  o mejor
10 Metros 250-400 kHz
15 Metros 150-200 kHz
20 Metros 100-150 kHz
40 Metros    50-80 kHz
80 Metros    50-80 kHz

Instalación (aporte lu3bae)

 

Largo de la varilla:  fibra 1,83 metros + Mastil 1 m = 2,83 m

Frecuencia de operación: 3.5 MHz a 3.75 MHz

r.o.e. para cualquier frecuencia ajustado el capacitor variable: 1:1

Capacidad de ajuste aproximado: 370 pF a 400 pF

Impedancia de carga de la varilla en su base estimada en el intervalo de frecuencias de 3,5 MHz a 3,75 MHz: (1,6599 Ohm –j1.555KOhm) a (1,3556 Ohm –j1.68 KOhm)

 

El criterio constructivo de la bobina queda a decisión del radioaficionado, o construye una única bobina, o cada una de las dos secciones por separado. El brazo de menor inductancia se coloca del lado del transmisor y el de mayor inductancia hacia la antena varillera. En nuestro caso particular se construyó una única bobina colocando el capacitor en derivación a la espira nº 24.

La medición de r.o.e. se realizó insertando un instrumento entre el generador y el acoplador, el cual resultó redundante ya que colocando un aro de Hertz de dos (2) espiras y un foquito de 3,8 Volt, 0,3 Amper, sobre la bobina de cualquier extremo del acoplador el máximo brillo es coincidente con la indicación de r.o.e. 1:1 en el instrumento.

 

Características de la bobina

Largo: 88 mm

Diámetro: 55 mm

Diámetro del alambre: Esmaltado de 1 mm

Cantidad de vueltas: 70

Inductancia: 134.25 uHy

Factor de forma: 1,55

Largo del alambre: 12,3 m

Resistencia del alambre: 266,55 mOhm

Núcleo: aire

Separación entre espiras: Aproximadamente 0,2 mm

 

 

Primera Sección

Largo: 28 mm

Diámetro 55 mm

Diámetro del alambre: Esmaltado de 1 mm

Cantidad de vueltas: 24

Inductancia: 33.45 uHy

Factor de forma: 0,55

Largo del alambre: 4,3 m

Resistencia del alambre: 93,3 mOhm

Núcleo: aire

Separación entre espiras: Aproximadamente 0,2 mm

 

 

Segunda Sección

 

Largo: 60 mm

Diámetro: 55 mm

Diámetro del alambre: Esmaltado de 1 mm

Cantidad de vueltas: 46

Inductancia: 76.8 uHy

Factor de forma: 1

Largo del alambre: 7,9 m

Resistencia del alambre: 171,35 mOhm

Núcleo: aire

Separación entre espiras: Aproximadamente 0,2 mm

 
 

 

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Última modificación: 13 de octubre de 2016