Aquest article va dirigit a qui estigui interessat en la Radioafició.

            L'antena dipol de mitja ona feta amb cable elèctric és molt popular en el mon de la Radioafició ja que és molt senzilla, de fàcil instal·lació i, en conseqüència, candidata a ser construïda i ajustada per un mateix, la qual cosa, però, requereix un mínim de coneixements. En aquest article es tractaran els aspectes més bàsics i pràctics de cara a aconseguir un ajust el més correcte possible i obtenir així el màxim rendiment d'aquest tipus d'antena.

            La longitud de qualsevol antena depèn de la freqüència a la qual ens interessi treballar i es determina, com veurem, mitjançant una senzilla fórmula. Aquesta fórmula no té en compte, però, el diàmetre del cable emprat, ni la influència de l'entorn on s'ubiqui l'antena; com l'altura respecte del terra, la proximitat d'edificacions i/o altres antenes, etc. que modificaran, en més o menys grau, els seus paràmetres i comportament. Així, un cop calculada aquesta longitud i la antena instal·lada, caldrà, en general, reajustar-la a fi d'aconseguir un funcionament òptim. Per a un ajust acurat cal emprar un analitzador d'antenes, el qual ens va orientant en vers els retocs que cal fer.

            La fórmula que ens relaciona la longitud d'ona   λ   i la freqüència   f   corresponent és:

            Les antenes de mitja ona són ressonants a la freqüència a la qual es calcula la seva longitud, és a dir, si es talla el cable pel seu punt mig, la impedància   Z_a  -impedància de l'antena a la freqüència  de ressonància- mesurada entre els terminals centrals que resulten de tallar el cable, és resistiva.  Si l'antena s'instal·la en forma horitzontal aquesta impedància és d'uns   75 + j0 Ω   (fig. 1a), en el cas ideal que el funcionament de l'antena no es veu afectat per l'entorn.  Si l'antena s'instal·la en forma de  "V"  invertida  (fig. 1b), aquesta impedància disminueix i s'acostuma a ajustar l'angle  α  de manera que valgui   50 + j0 Ω  -el perquè d'això s'explica de seguida.

fig. 1a                                                                                fig. 1b

            Un dipol de    λ / 2    en  forma  de   "V"   invertida  presenta  avantatges  respecte  del  mateix  dipol  en  horitzontal, que són :

            1.  Malgrat que els diagrames de radiació de les antenes queden deformats per la influència del entorn on aquestes s'instal·len, la "V" invertida presenta un diagrama que s'acosta més al d'una antena omnidireccional, és a dir, la intensitat del senyal emès és gaire bé la mateixa en qualsevol direcció, la qual cosa és, en general, desitjable. El mateix és aplicable a la intensitat dels senyals rebuts.

            2.  La instal·lació de l'antena en horitzontal requereix un pal en cada extrem per a elevar-la, mentre que la  "V" invertida només requereix un únic pal central en el vèrtex de la  "V" .

            3. La impedància de sortida dels equips de comunicacions per a radioafeccionats està normalitzada a  50 Ω resistius, llavors només cal connectar entre l'equip i l'antena en "V" invertida una línia de transmissió de  50 Ω  d'impedància característica. Aquest tipus de línia és d'us molt comú en telecomunicacions. D'aquesta manera s'aconsegueix una perfecta adaptació d'impedàncies tant a la sortida de l'equip com en el punt de connexió a l'antena.  Una perfecta adaptació d'impedàncies significa que tota la potència que proporcioni l'equip serà radiada per l'antena, exceptuant les petites pèrdues per efecte joule que es produiran en els cables de la línia i en el seu dielèctric. Òbviament, com més curta sigui la línia menys pèrdues hi hauran. El mateix és aplicable pel què fa a les pèrdues dels senyals rebuts.

            És convenient també minimitzar les pèrdues per efecte joule en el cable de l'antena per la qual cosa la secció d'aquest ha de ser suficient. És una bona elecció emprar cable elèctric de  2,5 mm²  de secció i amb aïllament de plàstic per protegir-lo de la intempèrie. 

            Hi ha un refinament més que es pot aplicar a l'hora de connectar la línia a l'antena. L'antena és un element simètric -els dos ramals de  λ / 4  són iguals- mentre que la línia de   50 Ω    és del tipus coaxial, és a dir, asimètrica, ja que es tracta d'una estructura cilíndrica formada per un conductor central i un altre conductor en forma de malla que envolta el central. Si es connecta directament una línia asimètrica a una antena simètrica, la teoria ens ensenya que els corrents per ambdós ramals no són ben bé iguals i que aquesta diferencia de corrents, petita, "s'escapa" per la superfície exterior de la malla de la línia, el què es tradueix en pèrdues per efecte joule i contribueix a deformar el diagrama de radiació de l'antena.

            Per  evitar  tot  això,  la  connexió  d'una  línia  asimètrica  a  una  antena  simètrica  es  du  a  terme mitjançant   un   element   intermedi   denominat   balun ,  contracció   anglesa  de  les  paraules   balanced-unbalanced . De  baluns  n'hi ha de diferents tipus, però el més senzill i molt efectiu consisteix en fer una bobina en forma de feix amb la línia de transmissió -espires sobreposades com si s'enrotllés una corda- justament en l'extrem on es connecta a la antena .

            Aquesta bobina no afecta el funcionament de la línia de transmissió però la inductància del cable de malla juntament amb la capacitat paràsita entre espires es tradueix en un circuit sintonitzat paral·lel -circuit "trampa"- a la freqüència de treball de l'antena, la qual cosa representa un circuit d'alta impedància per al corrent extern de la malla i fa que aquell sigui mínim. A aquesta bobina se n'hi diu  xoc-balun .

            El nombre d'espires i el diàmetre del feix depenen, doncs, de la freqüència de treball. A la  Taula 1  s'indiquen algunes dades corresponents a bobines fetes amb línia de  50 Ω  del tipus  RG-58 .

Taula 1

            El procediment per fer aquestes bobines pot ser el següent : per al exemple que ens ocupa, la longitud d'una espira val   13,9·π = 43,67 cm , llavors es poden marcar, per exemple amb  tippex ,  7  trams consecutius d'aquesta longitud, sobreposar després les marques, lligar el feix resultant per quatre punts equidistants i donar-li forma circular, tal com s'indica a la  fig. 8. La longitud de línia per fer aquesta bobina és de  7·0,4367 m = 3,06 m  a la qual s'haurà de sumar la distància fins el transmissor per trobar la longitud de línia total mínima que necessitem.

            El pal per hissar l'antena pot ser canya de fibra de vidre ja que és un material aïllant, lleuger, resistent  i que suporta molt bé les inclemències del temps. En el seu extrem superior es pot fixar una anella -per exemple, de les emprades en les canyes de pescar- per on pugui lliscar la corda que permeti hissar i baixar l'antena (fig. 2). En funció de la llargada del pal, s'ha  de  considerar  si  cal  o  no  emprar  vents. També es convenient tapar l'extrem del pal a fi d'evitar l' "efecte flauta" que es pot produir quan fa vent. A la vegada, amb aquest extrem tapat, s'evita que a l'interior del pal entri brutícia i aigua quan plou i també que les vespes hi facin nius.

fig. 2

            A continuació es fan alguns suggeriments per construir l'antena i s'indiquen el procediment i un exemple de les mesures obtingudes fins aconseguir una adaptació quasi perfecta.

            La  fig. 3  és un dibuix on s'indica una manera de construir el vèrtex d'una  "V" invertida on s'han de fixar els ramals del dipol, la línia de transmissió, fer las connexions i lligar-hi la corda que ens permetrà hissar l'antena en el seu lloc. Les mides estan en  mm . Finalment, tots els caires vius de la peça s'han arrodonit amb una llima. La fig. 4 és una fotografia d'aquesta peça ja construïda.

fig. 3

fig. 4

            Es tracta d'un tros de plàstic de metacrilat de  4 mm  de gruix, on s'han practicat uns forats per on passen els conductors, de manera que tant els ramals del dipol com la línia de transmissió queden auto subjectats i resistents a la tracció mecànica. El cable de l'antena pot ser del tipus emprat per a instal·lacions elèctriques, de  2,5 mm²  de secció i amb aïllament de plàstic. La línia de transmissió serà de  50 Ω  d'impedància característica, del tipus  RG-58.  A fi de deformar els menys possible la línia de transmissió, un cop fets els forats per on aquesta ha de passar es repassen amb la mateixa broca emprada per fer-los, però inclinant la màquina de foradar uns  45^o  respecte de la vertical. A la part inferior dreta de la  fig. 3  es pot veure el resultat aquesta operació.

            A les  fig. 5 i 6  es poden veure les dues cares de la peça de la fig. 4 , amb els cables ja passats pels corresponents forats i la corda lligada que ens permetrà hissar l'antena en el seu lloc. Òbviament, la corda emprada ha de ser resistent a la intempèrie.

fig. 5

fig. 6

            En primer lloc, es col·loca una regleta de connexió en l'extrem de la línia que després es connectarà als ramals de l'antena . Això permet fer la calibració prèvia de l'analitzador d'antenes prenent com a pla de referència de mesures aquest extrem de línia.  En el manual d'instruccions de l'analitzador s'explica com es fa aquesta calibració : 1) deixant l'extrem de línia en circuit obert,  2)  connectant-li un curtcircuit (pont),  i  3) connectant-li una resistència de  50 Ω . A la fig. 5 es pot veure aquest últim pas, on hi ha connectades dues resistències de  100 Ω  en paral·lel.

            L'antena que s'instal·larà és per a la freqüència de l'exemple anterior, és a dir, la longitud de partida dels ramals és de   14,07 / 2 = 7,04 m   cadascun i l'angle   α    inicial d'uns  90^o .

             Un  cop  feta  la  calibració,  connectarem  els  ramals  de  l'antena  a  la  regleta,  tal  com  s'indica a la fig. 7,  i bobinarem la  xoc-balun  com s'indica  a la  fig. 8 , seguint les instruccions donades anteriorment.

 fig. 7

fig. 8

            A continuació hissem l'antena a la posició que desitgem i les mesures obtingudes amb l'analitzador de la freqüència de ressonància    f_r   i de la impedància    Z_a    són, per exemple:

f_r = 10.035 kHz         i       Z_a = 35,5 + j0 Ω

les quals en diuen que:

            1) cal escurçar una mica l'antena ja que la   f_r   és inferior a   10.125 kHz.

            2) cal augmentar   α   ja que   Z_a   és inferior a   50 + j0 Ω .

            • Fem una nova lectura després d'escurçar uns   5 cm   cadascun dels ramals i sense variar encara l'angle. Les mesures obtingudes són, per exemple:

f_r = 10.134 kHz         i       Z_a = 35,6 + j0 Ω

i optem, per exemple, per augmentar   α    i mantenir la longitud anterior de l'antena.

            • Després de diverses proves variant l'angle   α , per a un valor d'aquest d'uns  120^o  s'obté:

f_r = 10.073 kHz         i       Z_a = 49,3 + j0 Ω

valor molt proper als  50 Ω  que es desitgen.

            Observació: es veu que augmentant l'angle i mantenint la longitud de l'antena, la   f_r   disminueix, per la qual cosa caldria escurçar una mica els ramals l'antena.

            Una manera de quantificar el grau de desadaptació és amb la relació   50 / 49,3 = 1,014   el què significa una adaptació quasi perfecte i que, a efectes pràctics, és totalment satisfactòria.  Aquesta relació se'n diu  Relació d'Ona Estacionària (R.O.E.)

             Variant la freqüència de  10.100 kHz  a  10.150 kHz  , que és el segment de freqüències atribuïdes als radioafeccionats a la banda de  30 m , el valor màxim de la  R.O.E. no és significatiu per la qual cosa es pot considerar que l'ajust de l'antena és prou satisfactori.

            A continuació baixem l'antena, suprimim la regleta de connexions i soldem directament la línia de transmissió als ramals d'aquella, com s'indica a la  fig. 9 .

fig. 9

             Finalment, tapem generosament amb pasta de silicona les soldadures i l'extrem de la línia i els seus terminals (fig. 9.1) a fi de protegir-los de l'oxidació i de l'entrada d'aigua de pluja a l'interior de la línia. Per manipular adequadament la pasta de silicona amb els dits, aquests s'han de mullar amb aigua sabonosa. 

fig. 9.1

            Els extrems dels ramals de l'antena s'han de fixar als seus punts de subjecció intercalant-t'hi algun material aïllant.  A les  fig. 10  i 11  s'indica una manera de fer-ho amb dos trossets del mateix tipus de metacrilat emprat per fer el vèrtex de la  "V" .

            Es convenient també tapar amb pasta de silicona els extrems dels ramals de l'antena a fi de protegir-los de l'oxidació i de l'entrada d'aigua de pluja.

            Observació: si no es disposa d'espai per augmentar l'angle   α   per poder d'augmentar la impedància de l'antena, una alternativa és connectar la línia de transmissió fora del centre de l'antena. Per fer això només cal tallar un tros de cable d'un ramal i afegir-lo a l'altre ramal, amb la qual cosa la longitud total de l'antena no variarà  i , en conseqüència, la seva freqüència de ressonància no variarà tampoc gaire. Com orientació, si la impedància inicial de l'antena és, per exemple, d'uns  36 Ω , tallant uns  1,5 m   d'un ramal i afegint-los a l'altre, aquesta impedància ha d'augmentar fins a uns  50 Ω , que és el valor que ens interessa. Possiblement l'entorn farà que la freqüència de ressonància de l'antena disminueixi, per la qual cosa s'hauria d'escurçar una mica.  Això no obstant, si el valor de la  R.O.E. no és superior a  1,25   es pot considerar que l'antena ja està prou ben ajustada.

            Tots aquests ajustaments requereixen paciència.

Escriure un comentari