Autor : Horacio Vallejo (SE169107)

• Introducción.

• Antenas Yagi cruzadas.

• Antenas de polarización circular.

• Antenas parabólicas.

Introducción

Estamos acostumbrados a escuchar que un satélite maneja frecuencias del orden de los GHz y que, normalmente, transmiten señales de TV. Sin embargo, existen satélites para radioaficionados, educativos, metereológicos, etc. En ese caso es preciso contar con una antena parabólica y una cadena de elementos que permitan que la señal llegue hasta el televisor de forma adecuada.

Las frecuencias más bajas en HF son las de 21 y 29MHz. En VHF, UHF y SHF se usan frecuencias muy conocidas como las de la banda de 2 metros, 70 centímetros, 23 centímetros y 13 centímetros, lo que lógicamente obliga a la utilización de antenas para cada una de ellas. Obviamente, nada nos obliga a trabajar todas y cada una de las existentes.

Dependiendo del satélite a utilizar, son imprescindibles antenas específicas. Por ejemplo, para la serie RS en modo K se transmite en 15 metros y se recibe en 10 metros, por lo que las antenas que tengamos montadas para HF también sirven. De no disponer de ninguna, es posible utilizar dipolos simples tanto en transmisión (Tx) como en recepción (Rx), o un dipolo horizontal, en V, V invertida, etc.

Entre las antenas más sencillas y eficaces podemos mencionar la monobanda, ideal para recepción en 10 metros y que presentamos a continuación:

Se trata simplemente de dos dipolos cruzados, alimentados mediante un cable "enfasador". Como aislante central se emplea un trozo cuadrado de baquelita de 6 x 6 cm. perforado en las cuatro esquinas para atornillar todos los elementos que previamente habremos dotado de sendos terminales. De estos orificios salen los cuatro cables del bidipolo que se conectan al enfasador (dos de ellos) y los otros a las mallas contrarias a la dirección de cada uno de ellos. El enfasador consta de dos trozos de cable coaxil RG-59U (75.), uno cortado a 1/4 de λ (longitud de onda) y otro a 3/4, donde no debemos olvidar el factor de velocidad del cable. La unión de estos dos trozos con la línea de transmisión que une el conjunto al receptor se hace con una "T" con conectores tipo PL-259 (vea la figura 2). La línea de bajada es de 50.

Mediante este procedimiento se consigue un equilibrio entre ambas impedancias lo suficientemente adecuado para un comportamiento aceptable.

Una vez completado el montaje, se deben realizar mediciones con un puente de ruido para verificar un buen rendimiento, ausencia de ROE y rendimiento aceptable. Un vez efectuadas estas comprobaciones apreciaremos que el comportamiento de esta antena es muy bueno. El doble lóbulo de radiación de esta antena en forma de trébol de cuatro hojas nos permite escuchar los satélites RS-10 y RS-12 con gran comodidad. Éstos son satélites de radio viejitos (lanzados en 1978) que fueron puestos en órbita baja para comunicaciones de hasta 145MHz.

Cabe aclarar que con la antena descripta se puede captar señal de estos satélites sin enojosos seguimientos con antenas direccionales. Pero además, en transmisión, la antena se comporta igual de bien, con excelentes señales hacia cualquiera de los laterales. Mediante los retoques adecuados, la ROE no debe superar en ninguna parte de la banda de 10 metros la relación 1:1,5.

Las antenas más comunes para comunicaciones con satélites (siempre hablando para comunicaciones de baja frecuencia de radio) son las Yagi cruzadas y las rotativas. Hablaremos en primer lugar de las Yagi para 70 cm y 2 metros. Normalmente se montan en un mástil común cruzado, con capacidad de movimiento en ambos sentidos, azimut y elevación.

Recuerde que el ángulo de azimut determina la dirección hacia el horizonte mientras que la elevación determina la altura sobre el horizonte.

Se recomienda que el mástil cruzado sea de madera o algún otro material no métalico para que no distorsione el lóbulo de radiación ni afecte negativamente a la relación de onda estacionaria.

La altura sobre el suelo no es un factor crítico, suponiendo que las antenas sobrepasen los techos de las casas o de los edificios y/o demás construcciones en, por lo menos, media longitud de onda y tengan una buena zona despejada de cielo en la dirección del satélite (esto significa que se debe instalar la antena en el punto más alto del lugar donde se encuentra el receptor y separado del suelo a más de 1/2 de λ.

Tenga en cuenta que los árboles y el follaje absorben la energía como esponjas, semibloqueando, la señal en la dirección en que están situadas.

La antena cruzada de 70 cm en general es grande y puede contener del orden de 15 a 20 elementos (mitad vertical/mitad horizontales), es decir, los mismos o un poco más que la antena para 2 metros. Es recomendable poder seleccionar la polarización derecha o izquierda desde la estación receptora. En la figura 3 tenemos el dibujo de tres antenas yagis cruzadas, una para la banda de 2 metros, otra para 70 centímetros y una "Yagi loop" para 23 cm.

Los radioaficionados saben que existen numerosos satélites que operan en 432 MHz y por ello, precisan antenas adecuadas. Podrían emplear una antena helicoidal que incluso puede servir para recepciones de 70 cm (vea la figura 4).

Una de las versiones más sencillas consiste en un trozo de tubo de cobre (del utilizado en instalaciones de gas) de 4,45 m de largo, arrollado en seis espiras sobre una estructura de madera de 1,22 m de longitud y 22 cm de ancho. La separación entre espiras es de 178 mm.

Como soporte, que sirve como "plano de tierra", debe emplearse un disco de alumino de 406 mm de diámetro al que se acoplan ocho varillas de 305 m, también de aluminio, que se sujetan al disco mediante dos tornillos. Las varillas deben aplanarse un poco para permitir las perforaciones que las sujetarán al disco.

En el centro del disco se coloca un conector tipo N (también puede usarse un PL-259), uniendo la punta de la primera espira al conector central. El ajuste de impedancia a 50. se obtiene acercando o alejando la primera espira del disco. Se puede mejorar este ajuste añadiendo en ese punto un capacitor variable de baja capacidad.

Otra modificación que mejora notablemente la ganancia de esta antena consiste en duplicar el número de espiras. Vea en la figura 5 el dibujo de una antena helicoidal de este tipo en combinación con una antena Yagi cruzada.

Este tipo de antenas, tan populares actualmente en la recepción de satélites geoestacionarios de comunicaciones, son también utilizables en las frecuencias de la banda 23 y 13 cm (1,2 y 2,4GHz).

Para entender cómo funciona la antena parabólica, tenemos que ver la geometría del disco, el sistema de alimentación y la relación que vincula estos dos factores. A modo de ejemplo, vamos a hacer referencia al gráfico de la figura 6 :

La forma de la superficie reflectora es un paraboloide, pero siguiendo los usos y costumbres la mencionaremos como "reflector", y a la antena entera como disco o plato parabólico (disher).

La operación del disco se basa en el hecho de que las señales que llegan paralelas al eje principal son cencentradas en un solo punto (el punto focal), después de ser reflejadas en el disco. Para entendernos, una fuente de señal encontrará el punto focal que ilumina el disco produciendo un rayo paralelo al eje principal.

El iluminador es un elemento crítico en la ejecución de una antena reflectora. Se coloca en el punto focal apuntando al centro del disco. Usualmente se diseña para que su ganancia sea de 10dB por debajo del exterior del disco en comparación al centro. La polarización de una parabólica depende enteramente del iluminador.

Una alimentación con polarización lineal resultará en una señal con polarización lineal, una alimentación circular dará una señal de polarización circular.

Para ajustar una parabólica a la frecuencia de radioaficionados, un buen método puede ser utilizar la propia antena recibiendo un enlace y ajustar todos los parámetros para máximo nivel de señal recibida.

La superficie reflectora del disco puede ser sólida o perforada (malla o enrejado). Si utilizamos malla, las aberturas tienen que ser menores que 1/10 de la longitud de onda. Muchas personas creen que es preferible la malla porque tiene una baja resistencia al viento. Esto no deja de ser un error. A velocidades bajas de viento un disco de malla presenta un corte transversal más bajo que un disco sólido comparable en tamaño, pero a velocidad alta de viento donde son probables los mayores problemas, una malla más pequeña con alambre de una pulgada producirá casi el mismo corte transversal que un disco sólido. La única ventaja de la malla es su facilidad de construcción.

Tenga en cuenta que ninguna parabólica es perfecta. Si la construcción es poco cuidada, la tolerancia puede resultar bastante alta. Si la construcción es buena, como resultado, la antena parabólica puede tener una gran eficacia transmitiendo a frecuencias por encima de 1,2GHz, dando ganancias del orden de 25 dB. Sin embargo si la construcción es defectuosa, esta misma antena que trabaja de forma excelente en transmisión puede ser muy pobre en recepción por el enorme nivel de ruido que puede captar. A veces, una antena con menos ganancia puede resultar más apropiada.

Algunos aficionados han experimentadio con discos de antenas comerciales de televisión modificando el diseño de recepción terrestre de TV en UHF. El resultado no suele ser demasiado bueno, pero puede resultar interesante como experiencia para conocerlas mejor.

La recepción de la televisión en casa en 4GHz ha cambiado radicalmente esta situación. Los discos de 1,8 a 3,6 m de diámetro los podemos encontrar en cualquier casa del gremio. Estas parabólicas entran perfectamente dentro del margen de 1,2 a 2,4GHz, por lo que, disponiendo del sistema adecuado, podemos utilizarlas sin modificaciones apreciables.

Es importante verificar el largo focal de un disco antes de comprarlo para determinar si el alimentador será adecuado para la frecuencia que vamos a utilizar. El largo focal está compuesto de dos dimensiones que pueden ser fácilmente medidas: el diámetro del disco y la profundidad.

La ventaja de la antena de disco es que una sola superficie reflectora puede ser usada tanto para el enlace ascendente como en el descendente, montando los dos iluminadores uno al lado del otro. El efecto en ganancia es insignificante. El impacto principal está en que uno de ellos será más favorable que el otro. Esto se determina en términos de longitudes de onda, no en distancia real.

Los diseñadores de antenas investigan continuamente un número de variaciones de la parabólica. Por ejemplo, se puede incorporar un subreflector para que el iluminador pueda ser colocado en el vértice de la parábola o debajo del disco. Estas variaciones pueden servir para conseguir mayores ganancias, colocación más fácil de los elementos y mayor facilidad en los ajustes o reparaciones. .