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, cal que primer llegeixi els anteriors articles : L'antena dipol de mitja ona i L'antena Delta Loop .
En aquest article es tractaran els aspectes més bàsics i pràctics de cara a aconseguir un ajust el més acurat possible per obtenir el màxim rendiment d'una antena directiva d'aquest tipus. Igual que en el article anterior : L'antena Delta Loop , per construir l'antena s'utilitzarà cable de 2,5 mm2 , amb coberta de plàstic, del tipus emprat per a instal·lacions elèctriques domèstiques. L'antena es dissenyarà per al segment assignat a la telegrafia en codi Morse de la banda de 21 MHz . A la fig. 1 es por veure una fotografia de l'antena.
Aquest segment va de 21.000 kHz a 21.070 kHz , llavors la freqüència de disseny de l'antena serà el centre d'aquest segment, és a dir, uns 21.035 kHz , als que correspon una longitud d'ona de:
fig. 1
A l'anterior article : L'antena Delta Loop , constituïda per un únic element, ja varem dir que és bidireccional, és a dir, la intensitat dels senyals rebuts o emesos és màxima en la direcció perpendicular al pla de l'espira, i no es noten diferències encara que a aquesta se li faci un gir de 180o . Però, si a una distància de 0,15 λ es situa una segona espira, tancada i paral·lela, el perímetre de la qual sigui lleugerament més gran que la primera, la teoria ens ensenya que l'acoblament magnètic que es produeix entre espires fa que l'espira afegida actuï com un reflector, el qual reforça els senyals en el sentit d'aquest cap a l'element alimentat -o excitat- de manera que, en aquest sentit de màxima radiació, s'aconsegueix un guany de potència d'uns 6 dB respecte d'una sola espira. Com que amb una sola espira s'obté un guany d'uns 1,4 dB respecte d'un dipol de mitja ona, amb les dues espires s'obté un guany d'uns 1,4 + 6 = 7,4 dB respecte del dipol. Aquesta dada és teòrica ja que no es tenen en compte les pèrdues en els cables de l'antena, amb la qual cosa aquest guany serà una mica inferior.
Una altra característica important d'aquest tipus d'antenes és la relació davant-darrera (en anglès: front-to-back ratio, abreujadament: F/B) que, en una antena ajustada de forma òptima, pot arribar fins a uns 25 dB.
La distància entre les espires haurà de ser de 0,15·14,26 = 2,14 m.
Tal com vam veure a l'article anterior: L'antena Delta Loop , la longitud del cable de l'element excitat ha de ser un 2,2 % superior al valor de λ obtingut a (1), és a dir : 14,26 · 1,022 = 14,57 m. La longitud de les canyes d'aquest element haurà de ser, com a mínim, aproximadament la tercera part, és a dir : 14,57 / 3 = 4,86 m.
La longitud del cable de l'element reflector ha de ser un 2,5 % més gran que la de l'element excitat, és a dir : 14,57 · 1,025 = 14,93 m. La longitud de les canyes d'aquest element haurà de ser, com a mínim, aproximadament la tercera part, és a dir : 14,93 / 3 = 4,98 m.
Si l'alçada de l'antena mesurada des del centre de les espires fos, com a mínim, de 0,65 longituds d'ona, és a dir : 0,65 · 14,26 = 9,27 m , no caldria fer cap reajustament de les longituds dels cables dels elements i l'antena seria ressonant a la freqüència de disseny. En aquesta instal·lació, però, no es compleix aquesta condició ja que l'antena està instal·lada a poca altura, com es pot veure a la fig. 1, la qual cosa farà que la proximitat de l'entorn influeixi sobre la freqüència de ressonància, la impedància de l'antena i el diagrama de radiació.
Seguint el procediment indicat en els anteriors articles, amb l'analitzador antenes es fan les lectures de la freqüència de ressonància fr i de la impedància de l'antena Za a aquesta freqüència de ressonància. Les lectures s'han fet de forma remota, és a dir, calibrant prèviament l'analitzador estant aquest connectat a una línia coaxial de 50 Ω de longitud suficient, a fi d'evitar la influència de la proximitat amb l'antena de la persona que fa les mesures.
Les primeres lectures han estat : fr = 20.390 kHz i Za = 76,8 + j0 Ω
on s'observa com la influència de l'entorn fa disminuir considerablement la fr respecte de la desitjada de 21.035 kHz. S'observa també el baix valor de Za respecte de l'antena Delta Loop un sol element.
S'escurça l'element excitat 20 cm i el reflector 20,5 cm a fi de mantenir la relació entre les seves longituds -raoneu-ho- i s'obté: fr = 20.708 kHz i Za = 76,5 + j0 Ω , llavors s'han d'escurçar més els elements.
S'escurça l'element excitat 12 cm més i el reflector 12,3 cm més i s'obté :
fr = 20.843 kHz i Za = 76,2 + j0 Ω , llavors cal continuar escurçant els elements.
S'escurça l'element excitat 12 cm més i el reflector 12,3 cm més i s'obté :
fr = 21.030 kHz i Za = 75,5 + j0 Ω , on ja es considera acceptable el valor de fr .
En definitiva; per aconseguir la freqüència de ressonància desitjada s'ha hagut d'escurçar l'element excitat fins a 14,57 - 0,2 - 0,12 - 0,12 = 14,13 m i el reflector fins a 14,93 - 0,205 - 0,123 - 0,123 = 14,48 m . Com a comprovació, es veu que 14,48 / 14,13 = 1,025 , com era d'esperar.
El baix valor que resulta de la Za respecte de l'antena Delta Loop un sol element, es deu principalment a la presència del reflector i també a la influència de l'entorn. Casualment, el valor obtingut tan proper als 75 Ω fa que es pugui connectar directament a l'antena una línea de transmissió d'aquest valor d'impedància característica, per exemple el cable coaxial tipus RG-59 .
Per obtenir un diagrama de radiació sense deformacions i optimitzar així les característiques d'aquest tipus d'antena, es pot intercalar una xoc-balun entre el punt d'alimentació de l'antena i la línia de transmissió -igual com es va fer amb les altres antenes. Per a aquesta freqüència i el cable coaxial RG-59 emprat, corresponen 8 espires d'uns 7,3 cm de diàmetre.
Un cop fets els ajustaments es substitueix la regleta de connexions que ens ha servit per fer-los, per una peça de plàstic com s'indica a les fig. 2 i 3 . A les figures es pot veure la xoc-balun juntament amb una peça de metacrilat la qual ens servirà per fixar i connectar l'element excitat a la línia.
fig. 2
fig. 3
La corda que hi ha a la part inferior de la peça de metacrilat serveix per tensar adequadament l'element excitat.
A la fig. 4 es poden veure les connexions de la xoc-balun a l'element excitat i a la fig. 5 la protecció contra la intempèrie amb pasta de silicona.
fig. 4
fig. 5
En el vèrtex inferior del reflector, també s'ha fixat una corda per poder tensar-lo adequadament. A la fig. 6 es poden veure els detalls de la xoc-balun, la peça de metacrilat, part del recorregut de la línia de transmissió i les cordes que tensen els elements.
fig. 6
Normalment la impedància de sortida d'un equip de comunicacions és de 50 Ω , llavors a l'altre extrem de la línia, que es connectaria a l'equip, caldrà intercalar-hi un acoblador per passar de 75 Ω a 50 Ω . Un acoblador és un circuit format només per bobines i condensadors, el qual permet adaptar impedàncies a fi d'aconseguir la màxima transferència de potència cap a l'antena que sigui capaç de proporcionar l'equip. Amb l'adaptació d'impedàncies s'aconsegueix també el màxim nivell en la recepció dels senyals.
La fig. 7 és una vista general on, a més de la Delta Loop de dos elements, es veuen altres tipus d'antenes.
fig. 7
