Aquest article va dirigit a qui estigui interessat en la Radioafició.
Si el lector no està introduït en el tema de les antenes per a radioafeccionats, és convenient que primer llegeixi l'article L'antena dipol de mitja ona .
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.
Una antena loop consisteix en una espira la forma de la qual pot ser la de qualsevol polígon regular : triangle, quadrat,···, circumferència. És una antena d'ona completa, és a dir, el seu perímetre és aproximadament igual a la longitud d'ona corresponent a la freqüència de treball que ens interessi. Per facilitat de construcció, normalment s'utilitzen les formes triangular (delta) o quadrada (quad).
En aquest article es descriu l'antena Delta Loop que consisteix en una espira en forma de triangle equilàter, construïda totalment amb cable. A les fig. 1a i 1b s'indiquen les dues maneres d'instal·lar-la, ja sigui amb una base del triangle a la part inferior o a la superior.
fig. 1a fig. 1b
Aquest tipus d'antena presenta una direcció de màxima radiació que és perpendicular al pla de l'espira, i que representa un guany de potència d'uns 1,4 dB respecte d'un dipol de mitja ona.
En l'antena dipol de λ/2 , la longitud de partida del cable es calcula aplicant un coeficient de reducció de 0,95 de mitjana; en canvi, en una antena d'ona completa, la longitud λ de partida s'augmenta aplicant un coeficient de, aproximadament, 1,022 . Això es deu a que l'antena no té extrems oberts com el dipol, i el cable doblegat en els vèrtexs del triangle produeix un efecte contrari.
Per exemple, per a una antena que es desitja centrada a la freqüència de 14.030 kHz , la longitud de partida és :
és a dir, un triangle equilàter de 21,85 / 3 = 7,283 m de costat.
L'antena és ressonant a la freqüència de disseny i presenta una impedància Za d'uns 125 + j0 Ω , mesurada en condicions ideals d'espai lliure i a una altura de 0,65 longituds d'ona mesurada des del centre del triangle.
En aquest exemple, aquesta altura hauria de ser de 0,65·21,38 = 13,9 m. En la majoria de casos pràctics, però, les limitacions d'altura per instal·lar-la i els efectes de l'entorn -edificacions properes, altres antenes, etc.- fan que aquests valors d'impedància, de freqüència de ressonància i de directivitat variïn. Quan a la freqüència de ressonància, sempre resulta inferior a la prevista, per la qual cosa l'antena s'haurà d'escurçar una mica.
Si la impedància que resulta és molt superior la impedància de sortida estandarditzada de 50 + j0 Ω de l'equip de comunicacions, caldrà d'emprar algun sistema d'adaptació per reduir la R.O.E. a un valor acceptable.
Si la impedància que resulta no difereix molt dels 125 + j0 Ω , hi ha un sistema d'adaptació, el més senzill de tots, basat en les propietats que tenen les seccions de línies de transmissió tallades a una longitud de λ/4 o un múltiple senar de λ/4 (3λ/4, 5λ/4, 7λ/4, ···), que és la d'invertir impedàncies. A la fig. 2 s'indica una secció de λ/4 corresponent a una línia de transmissió la impedància característica de la qual val Zo = 75 Ω . Si a un extrem de la línia es connecta l'equip de comunicacions, d'impedància de sortida Z1 = 50 Ω , a l'altre extrem de la línia la impedància transformada Z2 ve donada per la fórmula :
fig. 2
1. Afegir a continuació de la secció transformadora, cable coaxial de Z0 = 50 Ω de la longitud necessària. La connexió entre coaxials es pot fer amb connectors i un adaptador, com s'indica a les fig. 3a i 3b. El cable coaxial de l'esquerra de les figures correspon al RG-59 que és una mica més gruixut que el RG-58 de la dreta.
fig. 3a fig. 3b
2. Emprar per a la secció transformadora longituds de 3λ / 4 , 5λ / 4 , 7λ / 4 , etc. per poder arribar fins l'equip de comunicacions sense haver de fer empalmes.
A la fig. 4 es pot veure una instal·lació d'aquesta antena a la manera de la fig.1a. Igual que per al dipol de mitja ona, per fer l'antena es pot emprar cable de 2,5 mm2 de secció. S'utilitza un pal telescòpic per situar el vèrtex superior del triangle i en el seu extrem es fixa 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 i també, si convé, ajustar l'altura d'aquesta en funció de les lectures de la impedància.
En els vèrtexs del triangle es col·loquen aïlladors, acabats amb cordes, per poder tensar i lligar l'antena als pals central i laterals. En aquest cas, per a un dels pals laterals s'ha aprofitat el pal d'una antena dipol en "V" invertida ja instal·lada. A la fotografia no resulten visibles els ramals del dipol sinó solament la xoc-balun .
fig. 4
L'antena Delta Loop no té connectada encara la línia de transmissió sinó un connector, no visible a la fotografia, per poder connectar l'analitzador d'antenes i fer les mesures de la freqüència de ressonància fr i de la impedància Za . A la fig. 5 s'indica el detall de la connexió d'aquest connector a l'antena.
fig. 5
L'antena està instal·lada en un terrat i es pot accedir al connector mitjançant una petita escala domèstica. Pot resultar més còmode, però, emprar el mètode indirecte per fer les mesures de l'antena, és a dir, connectar-hi l'analitzador d'antenes mitjançant un tros de línia coaxial, per la qual cosa s'haurà de fer la calibració prèvia, tal com s'indica a l'article de l'antena dipol de mitja ona.
La llargada del pal telescòpic aconsella emprar vents, que es situaran a uns 2/3 de la seva alçada contada a partir de la barana del terrat. Aquest vents poden ser de corda d'uns 4 mm de diàmetre i apta per suportar la intempèrie. Els extrems superiors dels pals s'hauran de tapar.
Com era d'esperar, la freqüència de ressonància ha resultat ser inferior a la desitjada, aproximadament uns 13.890 kHz , i la seva impedància propera als 50 + j0 Ω , que és una disminució considerable respecte dels 125 + j0 Ω degut, principalment, a la baixa altura de l'antena respecte del terrat. Cal recordar que la freqüència de ressonància és aquella per a la qual la impedància de l'antena és resistiva, és a dir, amb part imaginària nul·la.
Després d'uns quants tantejos, i d'haver escurçat l'antena uns 20 cm -10 cm per cada terminal- s'obté la freqüència de ressonància desitjada de 14.030 kHz i una impedància de 53,9 + j0 Ω , és a dir , una R.O.E. = 53,9 / 50 = 1,08 , que és un molt bon resultat, el que ens permet connectar directament la línia de 50 Ω d'impedància característica a l'antena.
Vet aquí, que les limitacions en l'altura de l'antena ens ha beneficiat en el fet que no ens cal cap sistema d'adaptació d'impedàncies i que, per tant, podem connectar la línia directament a l'antena.
Per acabar de "reblar el clau" caldrà, però, el refinament de construir una xoc-balun amb la mateixa línia de transmissió, tal com abans s'ha dit.
A continuació es construeix la xoc-balun , es suprimeix la regleta de connexions i es solda la línia directament als terminals de l'antena. Per fer tot això es por construir una peça suport de material aïllant semblant a la construïda per a l'antena dipol. Aquesta peça i la xoc-balun s'hauran de fixar al pal de l'antena. Finalment, només queda tapar amb pasta de silicona les soldadures i l'extrem de la línia, de manera que no pugui entrar-hi aigua de pluja.
Abans s'ha esmentat que una antena en forma de loop té un guany d'uns 1,4 dB de potència en front d'un dipol de mitja ona, en la direcció de màxima radiació; llavors, per aprofitar aquesta característica l'antena es pot fer giratòria. En base a la fig. 1b, una manera de fer-ho s'indica a la fig. 6 . A la part central de la fotografia es pot veure un pal amb un motor (rotor) a la part superior del qual s'hi col·loca l'antena.
A la base del rotor es poden veure els vents, fets amb corda de 4 mm de diàmetre i apta per suportar la intempèrie, que donen fermesa al muntatge. A l'esquerra de l'antena loop es por veure una altra antena experimental i a la dreta, el pal telescòpic, totalment introduït, que ha servit de suport a l'antena loop fixa de la fig. 4 .
fig. 6
Per damunt del rotor es pot veure un suport construït amb fustes envernissades, per resistir la intempèrie, on s'hi han fixat dues canyes de pescar, telescòpiques, de fibra de vidre, d'uns 8 m de llargada cadascuna. Les canyes formen un angle d'uns 900 , però podria ser més petit -d'uns 750 com a mínim. Es pot veure que el cable va fixat als extrems de les canyes. El cable és del mateix tipus emprat en l'anterior antena loop fixa. Es veu que el cable no forma un triangle equilàter perfecte, la qual cosa influirà en els valors de la impedància i de la freqüència de ressonància de l'antena.
La fig. 6 correspon a una antena per a la mateixa freqüència central anterior de 14.030 kHz , és a dir, una longitud inicial total de 21,85 m de cable -fórmula (1). S'han rebutjat els últims trams de les canyes ja que són massa prims i no suporten bé el pes del cable .
L'antena no s'ha instal·lat a massa altura, a fi de poder accedir als seus terminals amb una escala i poder així fer directament les lectures de la freqüència de ressonància i de la impedància amb l'analitzador d'antenes. També és poden fer aquestes lectures de manera remota, tal com abans s'ha dit per a l'antena fixa, i verificar que els resultats obtinguts siguin sensiblement concordants.
En aquesta instal·lació en particular, després d'escurçar l'antena per aconseguir que aquesta ressoni als fr = 14.030 kHz , ha resultat una impedància a aquesta freqüència de Za = 139,3 + j0 Ω . Aquestes diferències respecte de les previsions s'han d'atribuir a la forma de l'antena i a la influència de l'entorn on aquesta s'ubica. Cal observar la gran diferència de valors de les impedàncies obtingudes entre ambdues antenes loop , la fixa i la giratòria, ja que aquesta última queda menys influïda per l'entorn.
A la vista d'aquest valor elevat de Za cal plantejar-se quina R.O.E. obtindríem utilitzant una secció de línia transformadora d'impedàncies de nλ / 4 amb n senar. Separant Z1 de (2) i substituint valors :
que podria ser un valor acceptable. En aquesta instal·lació s'ha optat per emprar únicament línia coaxial de 75 Ω d'impedància característica i ha calgut una longitud de 3λ/4 per construir la xoc-balun i arribar a l'equip de comunicacions, és a dir, 3·3,53 = 10,59 m .
A la fig. 7 es poden veure els següents detalls: 1) La xoc-balun fixada al pal que hi ha per damunt del rotor, on es fixa el suport de fusta de les canyes. 2) El bucle que se li ha fet a la línia coaxial, el qual permet lliurement el gir complet del rotor sense que la línia tibi i es pugui malmetre -raoneu-ho. 3) Una corda, resistent a la intempèrie, que permet tensar el cable de l'antena. 4) Un embolcall provisional de plàstic que protegeix les connexions de la línia a l'antena mentre duren els ajustaments i que finalment es substituirà per una peça de metacrilat semblant a l'anterior i, finalment, es protegiran les soldadures i l'extrem de la línia amb pasta de silicona. 5) La fixació dels vents a la base del rotor. 6) La mànega de cables que connecten el rotor al dispositiu de comandament .
fig. 7
La taula que s'ha obtingut de la R.O.E. en funció de la freqüència, estant l'antena orientada en direcció Est / Oest, és :
que són valors molt satisfactoris.
Com que el diagrama de radiació de l'antena és el mateix a ambdós costats del pla del loop , fent-li a aquest un gir de només 1800 es pot comprovar la influència de l'entorn sobre la R.O.E segons l'orientació d'aquella -raoneu-ho. La taula següent indica la freqüència a la qual la R.O.E. és mínima, en funció de l'orientació de l'antena. Es parteix de l'antena orientada en la direcció Nord / Sud i es gira en el sentit de les busques d'un rellotge prenent valors a intervals de 450.
on, efectivament, es nota la influència de l'entorn.
