Antena T2FD para HF (1.8 a 30 MHz) para espacios reducidos

(Short tilted terminated folded dipole antenna T2FD for HF band)

Establecerse en la ciudad conlleva casi necesariamente la imposibilidad de instalar buenas antenas para las bandas bajas, y a veces no queda más alternativa que buscar una antena de reducido tamaño que nos permita operar – aunque sea con baja eficiencia – en estas bandas. Es así como decidí construir una antena T2FD (tilted terminated folded dipole, lo que sin traducir textualmente significa dipolo plegado terminado en carga lineal), la cual tiene la particularidad de presentar una relación de onda estacionaria adecuada en un amplio ancho de banda (hay modelos con ROE < 2.0 en toda la banda de HF, y <3 incluso hasta 50 MHz), lo que la hace muy adecuada para equipos que operan en múltiples bandas. Sin embargo, su eficiencia no es tan elevada como un dipolo u otro tipo de antena resonante. Es una antena muy utilizada en comunicaciones HF profesionales y para receptores de onda media y onda corta, siendo una excelente alternativa para receptores SDR multibanda.

En lo que sigue, construiré una en base a lo expuesto en el sitio web http://www.packetradio.com/, con un balún de diseño propio.

Se trata de una antena de tipo «onda viajera no resonante», cuyo diseño conceptual tenemos en la Fig. 2. Destaca su pequeña longitud para ser de HF (sólo 12 metros lineales), lo que hace sencillo adaptar su instalación a espacios reducidos, como patios en zonas urbanas, sobre techumbres o al interior de áticos de madera con techo dieléctrico. El diseño está pensando para utilizarse en toda la banda de HF (160 a 10 metros) en comunicaciones de banda lateral única (SSB) con un máximo de 50 W P.E.P., aunque se espera que la eficiencia de esta será alta sólo en las bandas cuya longitud de onda sea inferior a unos 24 metros. Si se desea incrementar su eficiencia en las bandas bajas, es necesario extender el largo L (ver Fig. 2.a) a lo menos 0,4 veces la longitud de onda de la banda de frecuencias más baja a utilizar.

Esta antena posee un loop radiante con 6 metros de longitud por lado (en total 12 metros), con un ancho de 0,43 metros. Es alimentada a través de un BalUn cuya relación de transformación de impedancias es 450:50 Ohmios, siendo el lado de alta impedancia el que alimenta el loop balanceado y el otro extremo el que se conecta a la línea coaxial de bajada de 50 Ohmios desbalanceada. Al otro extremo del loop, se ubica la carga resistiva de 450 Ohmios, cuya capacidad de disipación de potencia es de 75 W.

Como lo indiqué al principio de este artículo, la relación de onda estacionaria medida en esta antena para la banda de HF es aceptable en todo el rango (menor a 1:3), tal como lo vemos en la Fig. 3. Sin embargo, esto no es garantía de un alto desempeño pues, dependiendo de la frecuencia en que se esté operando, parte de la potencia de transmisión (o recepción) se disipa en forma de calor en la carga resistiva y no es aprovechada para el contacto radial.

El balún se construye en torno a un toroide FT140-43, con 4 espiras en el lado de 50 Ohmios y 12 en el lado de 450 Ohmios. El centro del lado de alta impedancia está conectado a tierra, quedando este punto común entre ambos devanados y conectado a la malla exterior de la bajada coaxial. Primario y secundario se enrollan trenzados (o retorcidos entre sí). En la Fig. 4 podemos ver el detalle de este transformador adaptador de impedancias.

La cantidad de espiras por devanado las calculé pensando en lograr un adecuado equilibrio entre lo que significa reducir las corrientes de magnetización en las bandas bajas y también minimizar el efecto de las reactancias de fuga en la parte alta de la banda de HF. Estas reactancias serie las compensaremos parcialmente con el capacitor de 100 pF en paralelo que puse en el lado de 50 Ohmios, lo que mejorará el comportamiento del balún en la parte de alta de la banda de HF, pero acotará el ancho de banda del balún hasta pocos MHz por sobre la banda de HF. Aprovechando material remanente de otros proyectos y luego de algo de ensayo – error, llegué a este valor del capacitor (que podemos ver en la Fig. 5).

Es importante mencionar que el balún es de voltaje puesto que conecté el punto medio del lado de alta impedacia (balanceado) a tierra (GND), para así dejar aterrizado el loop. Esto es para evitar arcos eléctricos y consecuentes daños en receptores por estática, especialmente durante eventos atmosféricos o cuando el aire está muy seco. Si la antena no está perfectamente balanceada en su montaje, será necesario incluir un choque de RF para evitar corrientes de modo común por desbalances, lo que se resuelve fácilmente enrollando unas 16 espiras de coaxial RG-58 en un toroide FT240-43 justo luego del punto de conexión entre la línea y el balún de la T2FD.

Respecto de la resistencia, es muy importante que sea resistiva (pura) a la frecuencia de operación (especialmente a las frecuencias más altas, en torno a 30 MHz, pues allí se incrementa el efecto de las reactancias). Esto se logra en forma aceptable con 15 resistencias de hilo bobinado en paralelo (que tienen componente inductiva, pero al estar en paralelo reducen su magnitud total), de 6,8 kOhmios y una capacidad de disipación 5 Watts cada una. Este diseño lo obtuve de un video mostrado por XQ2CG (gracias Sergio), donde analiza esta resistencia de una reconocida marca comercial.

Tanto el balún como la resistencia de carga las monté al interior de un tubo de PVC hidráulico de 50 mm de diámetro, sellados con tapas de PVC pero con aberturas en la parte inferior para evaluación de humedad. Las componentes internas las fijé con sellador de poliuretano (Sikaflex 221, gracias Manfred XQ6FOD por el dato… pero ojo que es un compuesto muy tóxico… úsese tomando todas las precauciones del caso), procurando cubrir las partes sensibles a la oxidación y dejando la mayor superficie disipadora posible en las resistencias de carga y toroide de ferrita, con el objetivo que puedan disipar calor al ambiente.

Y finalmente, para el loop utilicé conductor de tipo eléctrico superflex de 2,5 mm2, con separadores construidos de conduit eléctrico de PVC 16 mm, en segmentos de 50 cm de largo cada 2 metros. La fijación del conductor a los separadores está hecha con amarras plásticas para cables, reforzada con pegamento para darle más durabilidad a la intemperie. La unión de ambos brazos, balún y resistencia de carga la hice en un trozo de tubo de PVC hidráulico de 50 mm de diámetro, habilitando en este tubo un agujero para pasar un alambre que permite la instalación en el soporte central (en este caso, la torre). Obtuve una antena robusta, aunque no muy liviana.

Comentando en términos generales, esta antena me ha sorprendido gratamente. En recepción es bastante silenciosa (presenta un bajo nivel de ruido en comparación a otras antenas que he probado) y sirve en RX para todo el espectro de onda media y onda corta. He disfrutado la recepción de todas las bandas con bajo ruido… incluso en la banda AM de onda media… una maravilla. Tengo la idea que en una instalación más adecuada (horizontal y a mayor altura) debe ser aún mejor. En la medida que la vaya probando les comentaré, especialmente lo relativo al rendimiento en TX en las bandas bajas, que es donde debería ser menos eficiente.

73´s

Emerson
CA4EMT