Las Antenas EH en los Carros de Comunicaciones Militares

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(1)Facultad de Ingeniería Eléctrica Departamento de Telecomunicaciones y Electrónica.. TRABAJO DE DIPLOMA Las Antenas EH en los Carros de Comunicaciones Militares. Autor: Cadete Daguier Batista Labrada. Tutor: T Cor. MSc. Ing Félix Enrique Gomara Tristá.. "Año 53 de la Revolución" 2011 i.

(2) Hago constar que el presente trabajo de diploma fue realizado en la Universidad Central “Marta Abreu” de Las Villas como parte de la culminación de estudios de la especialidad de Ingeniería en Telecomunicaciones y Electrónica, autorizando a que el mismo sea utilizado por la Institución, para los fines que estime conveniente, tanto de forma parcial como total y que además no podrá ser presentado en eventos, ni publicados sin autorización de la Universidad.. Firma del Autor Los abajo firmantes certificamos que el presente trabajo ha sido realizado según acuerdo de la dirección de nuestro centro y el mismo cumple con los requisitos que debe tener un trabajo de esta envergadura referido a la temática señalada.. Firma del Tutor. Firma del Jefe de Departamento donde se defiende el trabajo. Firma del Responsable de Información Científico-Técnica. ii.

(3) PENSAMIENTO. ¨Mi mente la ilumina la experiencia de lo probado, o la lógica de la materia ¨ Reinaldo Martínez Domínguez. (CO6UK).. 3.

(4) DEDICATORIA. - Dedico esta tesis a la memoria de dos personas que sé que este trabajo y mi graduación era uno de sus más grandes anhelos; a mi abuela Leonirdes, y a Regla. - A mi Mamá (Mi) por todos sus cuidados, atenciones y consejos que siempre me brinda y por ser la mejor madre del mudo. -A mi Papá por ser un excepcional padre, por saber entregar su cariño y dedicación a las personas que lo rodean y por todas sus sugerencias y criterios. -A mi hermano (Buitito) porque sin él no tuviese a quién echarle las culpas de todo lo que me pasa, y por ser el mejor hermano que alguien pudiese desear. - A mi tío Enel para demostrarle que la radioafición no tiene nada que ver con los estudios, y que sí se pueden llevar las dos cosas en conjunto. -A mi novia Betty por estar siempre a mi lado, por el apoyo y la ayuda que siempre me brindó. -A mi familia, mi tío Damiancito, a mi tía Tania y a Tati María que también han sido capaces de quererme y ayudarme como si fuese uno más de su núcleo familiar. -A todos mis familiares carnales o no y a todos los que siempre se preocuparon por mí y por mis estudios. -En general, a todas las personas que siempre se han preocupado por mí y por mi vida profesional.. 4.

(5) AGRADECIMIENTOS  A todos lo que de una forma u otra colaboraron con mi formación profesional e hicieron posible que mi sueño de llegar a ser ingeniero se cumpliera.  A mi consultante, el profesor David, por las reflexiones y conclusiones a las que logramos llegar acerca de la realidad del funcionamiento de la antena.  A mi tutor Gomara por su ayuda en cuanto a la tesis.  A mi Tío Enel Labrada Cejas por la colaboración en la búsqueda de los materiales para la construcción de la antena de la tesis.  A mis padres por su incondicional apoyo en todos mis años de estudio.  A Mario y Migdalia por brindarnos la posibilidad de utilizar los medios de sus laboratorios.  A todos los profesores que contribuyeron en mi formación profesional y académica.  A Reinaldo (CO6UK) y su esposa Magalis (CO6XK) por su incondicional ayuda en la construcción y ajuste de la antena, así como por las atenciones brindadas.  A todos los amigos y familiares que colaboraron en la construcción de la antena y en la confección de la tesis.  A Mauricio, el Yoe y a Ramoncito por la ayuda que me brindaron en la construcción de mi antena.. 5.

(6) TAREA TÉCNICA 1. El estudio de los mecanismos de diseño y construcción de estas antenas. 2. La determinación de las principales ventajas y desventajas. 3. La determinación de los parámetros que pueden ser modificados para obtener mejor desempeño. 4. La comprobación, mediante pruebas, de sus características reales. 5. Proponer la forma más eficiente de su construcción y desarrollo.. Firma del Autor. Firma del Tutor. 6.

(7) RESUMEN. En el presente trabajo se abordara el diseño y construcción de la antena EH que logra alcanzar buenos resultados en cuanto a sus características técnicas como: adaptación de impedancia a la línea de transmisión, una elevada eficiencia, patrón de radiación omnidireccional con ángulo de disparo que se puede ajustar, y a pesar de su corto tamaño en comparación con una antena dipolo de λ/2 no pierde las cualidades más importantes de una antena, como son la resistencia de radiación, la adaptación a la línea de transmisión, y la eficiencia. Dado su pequeño tamaño es una de las bondades a explotar, pues nos facilita poder montarla en los carros de comunicaciones militares, lo que nos permite las comunicaciones en movimiento. Esto es una gran ventaja debido a que hasta el momento los carros de comunicaciones militares para las frecuencias más bajas tenían que emplazarse para montar las antenas que se utilizan en estas frecuencias, que son las de tipo dipolo de λ/2; por tanto estas antenas nos brindarían una posibilidad que hasta el momento no existía.. 7.

(8) TABLA DE CONTENIDOS. PENSAMIENTO .................................................................................................................... 3 DEDICATORIA ..................................................................................................................... 4 AGRADECIMIENTOS .......................................................................................................... 5 TAREA TÉCNICA ................................................................................................................. 6 RESUMEN ............................................................................................................................. 7 INTRODUCCIÓN…………………………………………………………...…………….10 CAPÍTULO 1. Descripción del funcionamiento de las antenas EH……………………….13 1.1 Introducción a las antenas EH..……………………………………………………...…13 1.1.1 Caso de las antenas EH………………………………………………………………15 1.2. Eficiencia de las antenas EH……………………………………………………..…16. 1.3. Caso de una antena EH: la antena EH Star o EH Estrella…………………...…...…18. 1.4. Radiación…………………………………………………………………….…...…23. 1.5. Acoplamiento………………………………………………………….……………23. 1.6. Conclusiones del capítulo…………………………………………………………...25. CAPÍTULO 2. MÉTODOS DE DISEÑO………………………………………………….26 2.1 Construcción de una antena EH para la frecuencia de (7 MHz)………………..…....26 2.2. Sobre la conexión de la antena……………………….…..……….…………………28. 2.3 Adición de las bobinas de aislamiento ……..………………….………………..…...29. 8.

(9) 2.4 Realización y ajuste de la red L+L (π)……………………………………….………30 2.5 Sintonía de la antena………………………………………………………………....30 2.6 Observaciones………………………………………………………………………..31 2.7 Datos prácticos para la construcción de antenas EH…………………………………33 CAPÍTULO 3. Resultados finales y discusión de los diseños propuestos……..……….….36 3.2 Análicis del proyecto realizado……………………………………………..……….…37 3.3 Análisis económico……………………………………………………….….………...42 Conclusiones del capítulo………………………………………………………….........…43 CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES………………………………………..…..44 Conclusiones…………………………………………………………………………….…44 Recomendaciones………………………………………………………………………..…45 REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS……………………………………………….…….46 ANEXOS……………………………………………………………………………….…..48 Anexo I Softwares de cálculo de antenas EH (Solo disponible en formato digital)............48 Anexo II Galería de fotos.(Solo disponible en formato digital)......………………………..48 Anexo III Fórmulas para el cálculo de algunos elementos y parámetros………………….48 Anexo IV Datos prácticos para la realización de una antena EH………………………….49. 9.

(10) INTRODUCCIÓN. Con el desarrollo del potencial tecnológico de nuestro principal enemigo al que debemos enfrentar, y la creación del Cibercomando de EE UU el cual se hizo operativo a partir del 10 de octubre del 2010, es necesario apropiarnos de sus tecnologías y diseñar nuestras propias estrategias. Es prudente que los carros de comunicaciones militares eviten estancia prolongada en una misma posición durante la guerra; y el tiempo que emplean estos vehículos en gran parte depende del emplazamiento de las antenas con que cuentan hasta el momento. Las antenas EH son un modelo de antenas que funcionan bajo un criterio diferente que las antenas dipolos, lo cual les permite tener un reducido tamaño sin perder su eficiencia ni sus características funcionales. A diferencia de las dipolos utilizadas en las frecuencias bajas que pueden lograr alcanzar hasta los 20 metros de longitud y requieren que el carro se detenga para emplazarlos en un mástil. Al compararse las antenas EH pueden lograr una relación de 1 a 20 menor que los dipolos; así una antena dipolo para 7MHz tiene una longitud de 20 m y una antena EH para la misma frecuencia tiene solo1 m de longitud. Las denominadas antenas EH son, según sus creadores, un concepto nuevo y revolucionario en el mundo de las antenas, que las apartaría de las antenas tradicionales, denominadas genéricamente antenas de Hertz, y que tendrían un comportamiento y una mejor eficiencia comparado con las antenas de tipo Hertz. En el trabajo se describen varios modelos para poder hacer los cálculos que nos permitan realizar las antenas EH y montarlas en los corros de comunicaciones. Nuestro problema científico: ¿Cómo llevar a cabo una comunicación táctico-operativa que garantice la vitalidad de los carros de comunicaciones militares? Objetivo General Implementar un modelo para poder hacer los cálculos que nos permitan realizar las antenas EH y montarlas en los carros de comunicaciones militares.. 10.

(11) Objetivos específicos: 1. El estudio de los mecanismos de diseño y construcción de estas antenas. 2. La determinación de las principales ventajas y desventajas. 3. La determinación de los parámetros que pueden ser modificados para obtener mejor desempeño. 4. La comprobación, mediante pruebas, de sus características reales. 5. Proponer la forma más eficiente de su construcción y desarrollo. El presente trabajo consta de tres capítulos, en los cuales el capítulo uno se aborda la descripción y el funcionamiento de las antenas EH donde se explica el principio bajo el cual estas antenas funcionan, también se describe un caso particular de las antenas EH que es la EH Star o EH Estrella, describiéndose la función de cada uno de sus elementos. Posteriormente se describe la eficiencia de la antena de una forma muy breve, y debido a que no se constaba con los materiales necesarios para poderla medir de forma práctica, no se obtiene un resultado específico, aunque no es necesario, pues las antenas que funcionan en esta frecuencia o superiores poseen una gran eficiencia, al no ser antenas que posean cargas resistivas como es el caso de las antenas rómbicas que si es necesario especificar este parámetro. En el capítulo dos se explican los métodos de diseño de las antenas EH, se describe como es su cálculo y de una forma detallada el procedimiento de su montaje para el caso específico de una antena EH que funciona en la frecuencia de 7 MHz. Además se muestra como se debe realizar la conexión de la línea de transmisión y del ajuste para que esta opere en la frecuencia deseada. Luego en el capítulo tres se construyó un proyecto del tipo EH Estrella el cual fue escogido porque este modelo es más resistente de forma mecánica que la antena EH que utiliza la red de adaptación de tipo ¨L+L¨ ya que esta posee además de dos inductores, dos capacitores variables los cuales pueden variar de su previa posición de ajuste durante el movimiento de el vehículo.. 11.

(12) Partiendo de los cálculos realizados procedimos a su construcción y ajuste lo cual en este capítulo se específica de forma detallada, se le realizaron pruebas de transmisión y recepción a través de contactos con estaciones de radioaficionados de diferentes provincias del país, se midió la relación de onda estacionaria la cual se logró ajustar casi 1 a 1 por lo que se obtuvo un buen ajuste de la antena a la línea de transmisión. Cuando se realizaron las pruebas en el vehículo se obtuvieron resultados algo diferente de los que anteriormente se habían alcanzado, por lo que se llegaron a algunas conclusiones sobre esta antena, como fue que debe estar posicionada en el lugar de donde vaya a ser utilizada para hacerle los ajustes que necesita para su correcto funcionamiento ya que es sensible a los objetos cercanos y no se deben hacer las pruebas de sintonía con grandes potencias, ni con personas cerca de ella, pues esto es perjudicial tanto para las mediciones como para las personas debido a la generación de grandes corrientes electromagnéticas en su cercanía la cual puede afectar su vida. Realizando un análisis económico a partir de los precios de los materiales en el mercado, esto ofrece un resultado satisfactorio, siendo esta antena más económica que las de tipo Hertz.. 12.

(13) CAPÍTULO 1. Descripción del funcionamiento de las antenas EH. 1.1 Introducción a las antenas EH. Las antenas EH fueron inventadas y patentadas por el veterano radioaficionado Ted Hart (W5QJR), a finales de los ochenta del siglo XX, sobre la base de un supuesto concepto distinto del que emplean las antenas clásicas de Hertz. Aunque realmente estas antenas utilizan algunos métodos y proporciones que normalmente no se usan en las de tipo Hertz como son la relación longitud a diámetro para poderle añadir algunas de sus características. En este tipo de antena se fuerza un desfase de la corriente que circula por la antena para ponerla en fase con la tensión, de modo que el campo magnético H que genere pase a estar en fase con el campo eléctrico E generado por la antena en las proximidades de ésta, y por tanto la potencia transmitida por la antena en forma de ondas electromagnéticas sea máxima. Las antenas EH son antenas con tamaños inferiores a las antenas convencionales, siendo antenas verticales con tamaños del orden de 1 a 20 de longitud de onda, con una elevada eficiencia (a diferencia de las antenas dipolo de Hertz, que cuanto más cortas son, peor es su eficiencia). Se pueden realizar antenas EH de menor tamaño, pero ello reduce el ancho de banda de la antena. Su denominación como "antenas EH" se refiere al hecho de tratar de enfasar los campos eléctricos E y magnético H radiados por la antena. Las mismas se desarrollaron primero con el propósito de la recepción de las Ondas Media, pero pronto se desarrollaron prototipos para la recepción de HF, y actualmente ya este tipo de antenas se comercia para otras bandas, en las cuales presentan la ventaja de una buena eficiencia con un tamaño pequeño, aunque son omnidireccionales. Básicamente una antena EH es una antena de tipo dipolo de Hertz que funciona con una red de cambio de fase seguida de una red de adaptación. La función de esta última etapa es la de encargarse de la adaptación de la antena a la línea de transmisión.. 13.

(14) En la figura 1 se muestra el circuito equivalente de una antena EH donde se puede apreciar la aparición de nuevos elementos que no están presentes en las antenas dipolos.. Figura 1. Elementos adicionales que aparecen en la antena EH.. En estas antenas se realiza el enfasado de los campos magnético y eléctrico en la propia antena, lo que genera campo electromagnético radiado en ella misma, lo cual da lugar al confinamiento de los campos próximos a la esfera física de la propia antena, además de ser reducidos de magnitud. Así da lugar al reducido tamaño de una antena EH comparado con una antena de tipo Hertz, ello significa que el riesgo de interferencias electromagnéticas (EMI) por energía radiada como campo próximo, y la recepción de ruidos de origen local quedan prácticamente eliminados. Como ejemplos de ruidos electromagnéticos de tipo local a los que son bastante perceptibles en las antenas, como los que están generados por las chispas de los motores, las fugas en las líneas eléctricas (chisporroteos), los generados por el encendido de las luces nocturnas, etc., que son ruidos que se propagan principalmente como campos eléctricos o magnéticos. Éstos pueden inducir tensiones en las antenas dipolos de Hertz, que son llevadas al receptor y percibidas como ruidos, pero que en el caso de las antenas EH son contrarestados por la aparición de un vector vertical debido al diámetro de los cilindros.. 14.

(15) También el tamaño de los campos eléctrico y magnético cercanos hace que cuando una antena EH se instale sobre el suelo, su resistencia de radiación no varíe significativamente por la presencia del suelo próximo, incluso aunque sea tendida con polarización horizontal. 1.1.1 Caso de las antenas EH Las antenas EH resuelven los problemas de las antenas cortas de tipo Hertz, ya que son antenas cortas, sintonizadas, y con una resistencia de radiación no baja, lo que aumenta la eficiencia de este tipo de antena. Y, además, son antenas que no generan prácticamente campos próximos, lo que significa que radian toda la energía en forma de ondas electromagnéticas, reduciendo enormemente las EMI (interferencias electromagnéticas) y reduciendo mucho la recepción de ruidos electromagnéticos de origen local. En el caso de las antenas EH, su diseño básico parte de una antena tipo dipolo de Hertz corta, y cuyo modelo eléctrico ya se mostró en la Figura 1, la cual se trata de una antena capacitiva (por ser corta). Esta antena se lleva a resonancia, y se le añade una red de desfase, representada en el modelo anterior, cuya función es introducir un desfase adicional entre la tensión aplicada a la antena y la corriente que circula por ella de 90 grados. Las redes empleadas retrasan la corriente entregada por el transmisor o fuente de RF en 90 grados, y además tienen otra función: adaptar en impedancias la antena a la línea de transmisión. Esto provoca que se cancele el desfase entre corriente y tensión en la antena, y por lo que la corriente y la tensión estén en fase en la antena, y por tanto los campos radiados eléctrico E y magnético H también lo estén. La reactancia inductiva adicional da lugar a un aumento de la capacidad de la antena (ya que esta reactancia inductiva cancela parte de la reactancia capacitiva Xc de la antena y esto permite reducir la inductancia de sintonía necesaria en la red adaptadora para llevar la antena a resonancia, disminuyendo las pérdidas por la inserción en esta inductancia y disminuye el factor Q de la antena aumentando así su ancho de banda. En la figura 2 se muestra la distribución de los campos eléctricos y magnéticos correspondientes a los cilindros de una antena EH.. 15.

(16) Figura 2. Campos E y H de una antena EH. 1.2. Eficiencia de las antenas EH.. La eficiencia de una antena se puede definir por la relación entre la potencia radiada y la potencia entregada a la antena. También se puede definir como la relación entre ganancia y directividad. El parámetro e (eficiencia) es adimensional. Eficiencia denominada por la letra e minúscula en este caso: e = P(r) / P (in) = G / D También puede ser definida por la expresión siguiente: Eo = Er * Ed * Ec. Que es lo mismo: Eo = Er*Ecd = Ec*Ed (1-| Γ |²). Donde: Eo: es la eficiencia total de la antena. Er: es la eficiencia de la reflexión por desacople de la antena = (1- | Γ |² ). Ecd: es Ec * Ed: eficiencia de la radiación de la antena. Γ: es el coeficiente de reflexión de voltaje en los terminales en la entrada de la antena.. 16.

(17) [ Γ= (Zin - Zout) / (Zin + Zout)]. Donde Zin es la impedancia de entrada de la antena y Zout es la impedancia característica de la línea de transmisión. Ec: eficiencia de conducción. Ed: eficiencia del dieléctrico. Normalmente el Ec y Ed son muy difíciles de calcular, por lo que para determinarlos deben de se de forma e experimental. Una antena EH es una antena físicamente corta, comparada con la longitud de onda a la frecuencia de resonancia, y realizada con cilindros de considerable diámetro. Por ello éstos tienen resistencias de pérdidas bajas. Las pérdidas tienen mayormente lugar en la red de adaptación, y si están bien diseñadas, también son bajas, en el orden de una pequeña fracción de un decibelio. Y dado que los campos magnético y eléctrico están en fase en la antena, toda la potencia transferida a ésta se radia en forma de campo electromagnético (no se pierde potencia en forma de campos cercanos), por lo que la eficiencia de una antena EH es alta, a pesar de ser una antena corta. Una antena EH, cuando recibe señal electromagnética, genera una tensión y una corriente variables como para ser aplicadas a la entrada del receptor como señal útil. Pero cuando la antena recibe campos eléctricos o magnéticos aislados, éstos crearán tensiones o corrientes respectivamente en cada uno de los dos elementos de la misma, y al ser la antena EH de pequeño tamaño, las tensiones o corrientes generadas en ambos elementos son prácticamente iguales en amplitud y fase, por lo que prácticamente se cancelarán a la entrada del receptor: Los ruidos eléctricos y magnéticos son prácticamente suprimidos por las antenas EH. Frente a ruidos puramente eléctricos o magnéticos, las antenas EH son unos 30 dB menos ruidosas que una antena dipolo convencional. Esto permite que en determinadas ubicaciones, donde hay mucho ruido de naturaleza eléctrica, las antenas EH puedan recibir bien señales que serían completamente suprimidas por el ruido local si se usara una antena Hertz. 17.

(18) 1.3. Caso de una antena EH, la “EH Star” o “EH Estrella”.. Actualmente EH Antenna System fabrica el modelo de antena EH denominado Star o EH Estrella, como antena para estaciones radiodifusoras en Onda Media. Es una antena que, según su creador Ted Hart, tiene una serie de ventajas respecto a las antenas verticales usadas en las estaciones radiodifusoras de Onda Media, además de su corto tamaño comparado con las de Hertz, y del poco espacio que ocupan. La antena se ubica izada a una cierta altura sobre el suelo. Las siguientes imágenes muestran cómo se diseña una antena de este tipo, con algunas explicaciones de los desarrolladores de la antena: En la figura 3 se muestra un Esquema básico de la antena EH, consistente en dos cilindros y una "bobina de sintonía" ("Tunning coil") situada por debajo del cilindro inferior. La capacitancia entre los cilindros y la bobina de sintonía llevan a la antena a la frecuencia de resonancia. En estas condiciones el tamaño de la antena no depende de la longitud de onda. Al usarse cilindros de gran sección, la capacidad entre estos es mayor que si se usaran tubos más finos o cables, por lo que el tamaño de la bobina de sintonía se reduce. Además, el diámetro de los cilindros determina el ancho de banda de la antena, mayor a mayor diámetro de los cilindros. Como separación típica entre los cilindros se toma un valor igual al diámetro de éstos.. 18.

(19) Figura 3. Inserción de la bobina de sintonía.. Como se puede apreciar en la figura 4 se le añade una "Bobina de fase" ("Phasing coil"), y se ubica entre los dos cilindros. Su propósito es introducir un desfase entre la bobina de sintonía y el cilindro superior. Un desfase de 3 grados es equivalente a una variación de ROE de 2:1. Por consiguiente, se ha elegido un desfase de 6 grados para evitar la radiación de la línea en el interior del cilindro inferior y en la parte superior de la bobina de sintonía.. Figura 4. Inserción de la bobina de fase.. La figura 5 nos muestra el paso a realizar para la conexión ("Tap") a la bobina de sintonía para conseguir el correcto acoplamiento a la impedancia de la línea de alimentación. Dado 19.

(20) que la antena se instala a una cierta altura sobre el suelo, se requiere una buena adaptación de impedancia para minimizar las pérdidas en la línea. Como se aprecia, ahora la bobina de sintonía está puesta a tierra.. En estas condiciones si se miran los componentes de la impedancia de la antena EH en el punto de conexión a la bobina de sintonía, se observaría que la máxima resistencia de radiación no tiene lugar para valores de reactancia cero, y esta máxima resistencia de radiación no corresponde exactamente con la frecuencia de resonancia de la antena (y por tanto con el mínimo de ROE), aunque esté muy próxima a ésta.. Figura 5. Colocación de la derivación en la bobina de sintonía.. En la figura 6 se le añade en el punto de conexión a la bobina de sintonía una "bobina de fuente" ("source coil"), cuya misión es cancelar con su inductancia la reactancia capacitiva que muestra la antena a la máxima resistencia de radiación, y así permitir que la máxima resistencia de radiación tenga lugar a la frecuencia de resonancia para un valor de reactancia de la antena cero (la impedancia de la antena será R+j0 Ohm a la frecuencia de resonancia deseada).. 20.

(21) Figura 6. Inserción de la bobina de fuente a la derivación de la bobina de sintonía.. Como se muestra en la figura 7 al punto de conexión o derivación (" tap") de la bobina de sintonía se conecta una línea de transmisión cuya impedancia sea la correspondiente al valor R de la impedancia de la antena en su punto de conexión. Para antenas EH Estrella de gran tamaño diseñado para emisoras de radiodifusión de Onda Media, esta impedancia es del orden de 300 a 400 Ohm. Para antenas mucho más pequeñas. La impedancia puede bajar hasta 25 Ohm. La línea de transmisión es de tipo paralela, y se puede hacer bajar por el interior de la torre que eleva la antena sobre el suelo. Si la impedancia del punto de conexión es del orden de 50 Ohm, ya se puede conectar directamente el cable coaxial a la toma de la bobina de sintonía (a través de la bobina fuente) como se muestra en la figura siguiente.. 21.

(22) Figura 7. Colocación de la línea de transmisión a la antena.. En la figura 8, se añade una red de adaptación de tipo ¨L¨ en la base de la torre de la antena para adaptar la impedancia de la línea conectada a la antena a los 50 Ohm del cable coaxial de conexión al transmisor. Esta red proporciona un capacitor de ajuste final que permite la correcta adaptación de impedancias entre el cable coaxial y la línea de conexión a la antena, manteniendo una impedancia de 50+j0 Ohm.. Figura 8. Inserción de la red de adaptación de impedancia de tipo ¨L¨.. 22.

(23) 1.4. Radiación. La antena EH estándar (con la relación 3,14 a 1) tiene ganancia si se compara con la dipolo, pero enteramente distribuida en 360°. La antena EH estándar tiene un lóbulo de radiación aplastado, por ello es muy importante la correcta colocación de la antena, siendo lo más adecuado ubicarla en posición vertical. El diagrama de radiación de la antena EH es adecuado para lograr recibir señales cercanas y lejanas en las frecuencias de uso respectivas de acuerdo con la relación longitud a diámetro empleado. En el diagrama de radiación muestra el citado lóbulo con un máximo de radiación horizontal desde los 30˚ a 60˚ grados de elevación vertical (según el valor de dicha relación: la relación mayor, esto es 3,14 a 1, da lugar a un lóbulo de radiación más aplastado que para la relación menor, 1,5 a 1, la cual tiene un lóbulo de radiación más ancho en el plano vertical).. 1.5 Acoplamiento. Por su modo de funcionamiento, las antenas EH generan una cantidad de energía radioeléctrica igual o mayor a la que genera una antena dipolo y en un espacio muy reducido, debido al pequeño tamaño de este tipo de antenas. Ello implica que alrededor de una antena EH hay un campo radiado intenso, mayor que el que se genera alrededor de una dipolo, y por tanto la malla del cable coaxial de alimentación de la antena estará inmerso en este intenso campo radiado, por lo que se inducirán en la malla corrientes de RF que se dirigirán a través de la malla del coaxial hacia el transceptor, provocando un aumento de la ROE, y aumentando el riesgo de quemaduras por RF. Por ello se sugieren varios aspectos: a) Es importante: colocar el cable coaxial hacia el transmisor paralelo al eje del tubo de la antena, evitando que el cable esté alrededor de la antena.. 23.

(24) b) Lo ideal es colocar la antena por encima del transceptor y no al lado de éste, pero si no es posible, deberá disponer de un buen aterramiento en la estación. c) Si no dispone de un buen aterramiento, puede alargar el conductor con un circuito resonante LC serie insertado conectado a la masa del transceptor. Este circuito deberá ser sintonizado para entregar la máxima corriente de RF a la frecuencia deseada. Así se consigue tener un aterramiento de RF virtual que le evitará incrementos en la ROE. d) En caso de operar en campo abierto, la línea coaxial deberá estar tendida sobre la tierra, hierba o suelo al menos 4,5 - 5 metros. La capacidad entre la malla del coaxial y el suelo es suficiente para descargar las corrientes de RF inducidas en la malla de dicha línea de transmisión. Y si es posible, lo mejor es colocar la antena al menos 3 o 4 metros por encima de la estación. La línea coaxial no radía ni su longitud afecta a las características de la antena. Si cambia la longitud de la línea coaxial, no deben ser afectadas las características de la antena, incluso aunque reduzca la longitud de la línea coaxial a 1 metro, o inserte choques o balunes coaxiales en la línea. Por todas las razones antes expresadas se aconseja no operar con la antena demasiada cerca al operador.. 24.

(25) 1.6. Conclusiones del capítulo.. En este capítulo se abordó la teoría del funcionamiento de las antenas EH. En él se realiza un análisis de las principales características de las mismas. Se pudo concluir que el funcionamiento real de estas antenas está basado no en un concepto distinto de las antenas dipolos de tipo Hertz sino que esta utiliza algunos aspectos que normalmente no se utilizan en este tipo de antenas como es la relación longitud a diámetro de sus elementos y también aparecen en ella algunos elementos que son los encargados de darle sus características funcionales, como son la baja resistencia de pérdida, la atenuación de ruidos. La aparición de un vector horizontal es el encargado de darle una atenuación al ruido de polarización vertical. Además esta antena se vale de una red para poner en fase los campos magnéticos y eléctricos en la propia antena para generar ondas electromagnéticas cercanas a la antena. Se abordó el caso específico de la antena EH Estrella debido a su importancia, esta antena posee una menor complejidad para su desarrollo y construcción además de ser más resistente mecánicamente.. 25.

(26) CAPÍTULO 2. Método de diseño. 2.1 Diseño de una antena EH para 7 MHz Esta antena está diseñada para la frecuencia de 7 MHz y tiene un compromiso entre el diámetro de los cilindros y su longitud igual a 1,5. La información aquí descrita sirve para construir una antena EH a cualquier otra frecuencia de trabajo. La antena usa una red de cambio de fase L+L, la cual aparece en la figura 8. La figura 9 muestra una antena de este tipo.. Figura 9. Foto de una antena tipo EH.. 26.

(27) Para su construcción se requiere de: 1. Un tubo de PVC de 10 cm de diámetro y 1 m de longitud. 2. Unas hojas finas de cobre, de latón, o papel de aluminio. 3. Alambre calibre 12 AWG, recubierto. 4. Dos capacitores variables de 50 pF máximo, con núcleo de aire, con un espaciado entre placas mínimo de 1 mm para una potencia de transmisión de 100 W. Para antenas que trabajan con frecuencias de 7 MHz o inferiores la mejor relación longitud a diámetro para los cilindros es de 1,5 a 1. Para frecuencias de 10 MHz y superiores, la mejor relación es de 3,14 a 1 (esto es π a 1). Así, en esta antena realizada para la frecuencia de 7 MHz, la longitud de cada cilindro deberá ser de (diámetro * la relación utilizada), es decir 10 cm * 1,5 = 15 cm. El diagrama de radiación de las antenas EH cambia con la mencionada relación longitud a diámetro de los cilindros. Para frecuencias de 10 MHz y superiores interesa un ángulo vertical de radiación bajo, lo que es excelente para los enlaces a largas distancias, y ello se consigue aumentando dicha relación (cilindros más largos). Pero, para comunicaciones a menores distancias, típicas en las frecuencias más altas, puede usarse mejor la relación. 1,5 a 1, pero. esta relación aumenta la impedancia (Z) de la antena y ello da lugar a tensiones de RF más elevadas en los condensadores (pues P = V. 2. / Z), esto hay que tenerlo en cuenta: deberán. emplear condensadores variables con mayor espaciado entre placas. Debido a la mayor impedancia de la antena para la relación 1,5 a 1, los condensadores empleados tendrán de valor la mitad que los empleados para la relación 3,14 a 1, y las bobinas deberán ser de mayor impedancia (de más espiras). Si para la relación 3,14 a 1 o (π a 1) se emplean condensadores de 63 pF para esta antena (frecuencia de 7 MHz), para la relación de 1,5 a 1 serán de 30 pF y de mayor tensión.. 27.

(28) 2.2 Sobre la conexión a la antena. Sobre el conexionado de la red L+L empleado se consideran previamente varias cosas. La ubicación de la red de desfase en el tubo de PVC se coloca debajo del cilindro inferior, y se conectará a los cilindros de la antena mediante dos conductores paralelos que pasan por el interior del tubo de PVC de soporte. - El conductor que alimenta el cilindro superior deberá pasar cerca del centro del tubo soporte de PVC de la antena. - El conductor que alimenta el cilindro inferior deberá pasar cerca de la pared del cilindro inferior por el interior del tubo. - El conductor que se conecta al cilindro superior, se conectará a éste en su borde inferior. - El conductor que se conecta al cilindro inferior, se conectará a éste en su borde superior, y posicionado a 180 grados del punto de conexión del otro cilindro. Prácticamente, el punto de alimentación de los dos cilindros es en el centro de la antena, igual que en cualquier dipolo. Cuando se habla del borde de un cilindro, realmente significa el borde. Se puede hacer un agujero entre el tubo de PVC de soporte y la lámina de cobre, pasar el extremo del conductor, y cuando se vaya a soldar al borde del cilindro, se puede doblar para dejarlo justamente en el borde del cilindro, y después se puede cortar y eliminar el trozo de conductor sobrante. Para que los dos hilos pasen a través del interior del tubo, se pueden usar conductores de cobre rígido. Ello permitirá, una vez doblados adecuadamente, mantenerlos en el interior del tubo en sus posiciones adecuadas.. 28.

(29) 2.3 Adición de las bobinas de aislamiento. Se añadirán dos pequeñas bobinas realizadas con dos espiras cada, una en serie con los cilindros. A estas bobinas se les conoce como "bobinas de aislamiento". Cuando se genera la radiación en los dos cilindros, los conductores que transportan la energía de RF internamente a éstos desde la red irradian algo. Esto da lugar a algunas pérdidas. Por eso se realizan dos bobinas de dos espiras en el tubo de soporte junto al borde de cada cilindro (en el espacio de separación entre cilindros). Técnicamente el objetivo de esto es generar algún pequeño retardo en las corrientes de RF que alimentan los cilindros. Las dos bobinas se conectarán en serie entre los conductores de alimentación que vienen por el interior del tubo y el borde del respectivo cilindro. La separación entre cada bobina y el cilindro no es crítica, es de alrededor de 0,2 a 0,5 cm. En general, la disposición constructiva (en vertical) para la antena será en este orden (de arriba a abajo):. 1-Cilindro superior. 2-Bobina de aislamiento de dos espiras. 3 -Espacio. 4 -Bobina de aislamiento de dos espiras. 5 -Cilindro inferior. 6 -L2. 7 -C2. 8 -C1. 9 -L1. 10 -Coaxial de alimentación. El espacio entre los dos cilindros debe mantenerse igual al diámetro de los cilindros. La distancia entre L2 y el borde inferior del cilindro inferior es de unos 5 cm, no es crítica la distancia. Las dos bobinas de aislamiento pueden realizarse y ubicarse en el interior o en el exterior del tubo. 29.

(30) 2.4 Realización y ajuste de la red L+L (π). Para realizar las bobinas de la red L+L se emplearon conductores aislados o conductores esmaltados de cobre. Es necesario enrollar 13 espiras juntas en el tubo para L2 y 12 espiras para L1. Es muy importante que L2 tenga una espira de más que L1. Mantenga una separación entre L2 y L1 de unos 15 cm, lo cual no es un valor crítico. Se recomienda enrollar todas las bobinas de la misma manera. Con separaciones inferiores entre L1 y L2 disminuye el ancho de banda de la antena. Debe fijarse las bobinas lo mejor que se pueda para que no se muevan ni se deformen. Se puede emplear goma de pegar, barniz u otro fijador.. 2.5 Sintonía de la antena. Para realizar este procedimiento, se debe constar con un generador de RF portátil, mejor si su caja o chasis es metálica, y conéctelo directamente al conector de su antena EH, sin ningún tramo de línea de transmisión en el medio. Utilice un medidor de campo electromagnético situado cerca de la antena, y ponga el generador en funcionamiento. Ajuste los condensadores de la red L+L de la antena a máxima indicación de señal en el medidor de campo. Una vez que lo haya logrado, aumente la potencia del generador o transmisor, para el posterior ajuste los condensadores a mínima indicación de ROE. Conecte un medidor de ROE directamente al conector de la antena, sin ningún tramo de línea de transmisión de por medio. Ahora sí puede conectar el transmisor de HF de baja potencia al medidor de ROE mediante una línea coaxial, y reajuste los condensadores a mínima indicación de ROE en el medidor.. 30.

(31) El generador ha de ser sintonizado sobre los 7 MHz, y se recomienda que mantenga en posición estable durante los ajustes. Su caja ha de ser metálica y no de plástico, ya que lo blindará de la radiación generada por la antena, que puede dar lugar a errores en el ajuste de la frecuencia de sintonía correcta de la antena si la caja del generador no es metálica. El generador ha de ser alimentado con baterías, ya que de usar una alimentación externa, los cables de conexión a la fuente de alimentación externa pueden influenciar en el ajuste de la sintonía de la antena, y el punto de ajuste obtenido entonces luego puede no coincidir con el real cuando se conecte la antena al cable coaxial de alimentación para su empleo normal. Al ajustar C1 y C2 a mínima ROE, hágalo cada vez realizando pequeñas variaciones en el ajuste de estos condensadores, hasta obtener la ROE de 1 a 1. En este punto no es muy importante la frecuencia exacta del generador, que deberá ser sobre los 7 MHz; lo importante es ajustar los condensadores a la ROE de 1 a 1. Una vez conseguido, ya puede pasar a sintonizar y ajustar la antena a la frecuencia de operación deseada.. 2.6 Observaciones. Con el fin de compensar la variación de frecuencia debido al efecto de acoplamiento capacitivo de la antena con el suelo (como ocurre normalmente con cualquier antena), se sugiere realizar la sintonía de la antena a una frecuencia algo mayor a la de uso. El medidor de campo debe colocarse a la altura del centro de la antena, o ser, a la misma altura que el área que separa los dos cilindros, debido a que esta zona de la antena es la de máxima radiación. Se debe intentar obtener la ROE de 1 a 1 para la máxima indicación de señal en el medidor de campo, comprobar el ancho de banda de la antena para una ROE de 2 a 1.. 31.

(32) Elimine una espira de cada bobina de la red y repita de nuevo los pasos de ajuste anteriores (mantenga siempre una espira de diferencia entre L1 y L2). Es conveniente eliminar las espiras en exceso. Realice el proceso anterior las veces que sean necesarias hasta obtener la máxima indicación de señal en el medidor de campo (siempre sin moverlo de su posición inicial), entonces deberá también haber obtenido el mayor ancho de banda a ROE 2 a 1, por lo que la antena tendrá máxima eficiencia. Entonces la red L+L estará ajustada correctamente. Las bobinas de fase y sintonía estarán alrededor de 10 espiras para la primera y 12 espiras para la segunda. Una vez conectada la línea coaxial a la antena, el punto de resonancia de ésta variará algo. Varíe la frecuencia de operación para buscar la frecuencia a la que la antena muestra la ROE de 1 a 1. Si esta frecuencia está demasiado apartada del valor al que fue ajustada, tome nota de la diferencia de frecuencia de sintonía, conecte de nuevo el generador a la antena (con el cable coaxial ya conectado), y reajuste la sintonía de la antena para corregir esa diferencia de frecuencia. Si no obtiene la ROE de 1 a 1, deberá realizar de nuevo el proceso de sintonización de la antena. Es muy importante obtener una ROE de 1 a 1 con la línea coaxial conectada usando un generador de RF de muy baja potencia. Si la antena se alimenta con uno o más Watts, puede ser imposible obtener una lectura de ROE de 1 a 1, y esto no se debe en sí a la antena, sino que se está procediendo a realizar los ajustes de la misma con una potencia del generador la cual afecta a las indicaciones que muestra el medidor de campo, ubicado en las proximidades de la antena, y que da lugar a medidas erróneas que están falseando el ajuste de la sintonía de la antena. Para evitarlo, deberá situar el medidor de campo a una distancia de la antena no inferior a la longitud de uno de los cilindros. La lógica de la sintonización de la antena es la siguiente: - Si la inductancia de L1 se reduce, el valor de C1 deberá aumentarse. - Si la capacidad de C1 se aumenta, deberá reducirse la capacidad de C2. O bien: 32.

(33) - Si la inductancia de L2 se reduce, el valor de C2 deberá aumentarse. - Si la capacidad de C2 se aumenta, deberá reducirse la capacidad de C1. Recuerde que L2 siempre ha de tener al menos una espira de más que L1. Esto deberá conducir al ajuste correcto de las dos bobinas. Cuando se logre este resultado, los dos condensadores, C1 y C2, deberán tener prácticamente el mismo valor (± 3 pF). Entonces la red L+L estará bien balanceada y la antena tendrá sus mejores prestaciones. Cualquier efecto del intenso campo radiado por la antena sobre el transceptor será minimizado.. 2.7 Datos prácticos para la construcción de antenas EH Los datos más comunes para la construcción de este tipo de antenas en el margen de baja frecuencia, es decir de 1,8 MHz a 10 MHz, son los siguientes: Se utiliza un tubo de PVC blanco de 63 mm de diámetro y con una longitud mínima de 2,20 m para 7 MHz y de 2,50 m para 3 MHz. Al tubo en que se monta el conjunto de elementos de la antena se le coloca una tapa que cubra la parte superior para aislarlo del medio ambiente; sus medidas obviamente son superiores pudiendo tener un diámetro de 100 mm y es del mismo material que el tubo. Los cilindros se construyen sobre el tubo de 63 mm. Con láminas de aluminio fina o de cobre aunque se pueden utilizar otros materiales conductores pero se proponen estos dos por sus características mecánicas. y se unen con pequeños tornillos, remaches o simplemente si el. material lo permite se pueden soldar lo que le daría a la antena una mejor robustez.. La medida de estos cilindros es de 77.5 cm de largo cada uno o puede variar dependiendo de la relación longitud a diámetro que halla escogido el diseñador y se encuentran separados a el diámetro del tubo de plástico que se haya empleado en el diseño.. 33.

(34) En el borde inferior del cilindro superior se conecta la punta de la bobina defasadora que dicho propósito de esta bobina es evitar que la conexión que va a la bobina de sintonía irradie.. A continuación se muestran algunos. datos para frecuencias específicas, las bobinas. correspondientes son construidas con conductor de 2 mm de diámetro; este diámetro del conductor básicamente lo que proporciona es que a medida que se aumenta disminuye la resistencia de pérdidas, y la antena puede trabajar con mayores niveles de RF.. En el borde superior del cilindro inferior pero a 180 grados de la conexión de la bobina defasadora se conecta un alambre que va a tierra, como se indica es la figura 10. Ambas conexiones van por el centro del tubo lo más separadas posibles entre sí y de las paredes del tubo; hay que tomar esta precaución por que se pueden formar arcos eléctricos debido a la presencia de un fuerte campo magnético el cual crea un potencial de radiofrecuencia elevado con pocos Watts. Tabla 2.1. Cantidad de vueltas en las diferentes bobinas para la frecuencia de 1,8 MHz. Para 1,8 MHz. Cantidad de vueltas. Bobina desfasadora. 6. vueltas. Bobina de sintonía. 48 vueltas. Bobina de fuente. 8. vueltas. Con derivación a 2 vueltas más o menos con respecto a tierra donde se le conecta la bobina de fuente. Tabla 2.2 Cantidad de vueltas en las diferentes bobinas para la frecuencia de 3 MHz. Para 3 MHz Bobina desfasadora. 4. vueltas. 34.

(35) Bobina de sintonía. 32. vueltas. Bobina de fuente. 7. vueltas. Con una derivación a 2 vueltas más o menos de tierra, donde se le conecta la bobina de fuente.. Tabla 2.3 Cantidad de vueltas en las diferentes bobinas para la frecuencia de 7 MHz. Para 7 MHz Bobina desfasadora. 2. vueltas. Bobina de sintonía. 14,5. vueltas. 6. vueltas. Bobina de fuente. Con una derivación a 2 vueltas más o menos de tierra donde se le conecta el extremo de la bobina fuente, la cual permite adaptar la impedancia del coaxial.. Tabla 2.4 Cantidad de vueltas en las diferentes bobinas para la frecuencia de 14 MHz. Para 14 MHz Bobina desfasadora. 2. vueltas. Bobina de sintonía. 7. vueltas. Bobina de fuente. 4. vueltas. Con una derivación a 1,5 vueltas más o menos de tierra donde se le conecta la bobina de fuente.. 35.

(36) CAPÍTULO 3. Resultados finales y discusión de los diseños propuestos.. 3.1 Introducción Sobre la base de los modelos anteriores analizados en los capítulos 1 y 2 se decidió realizar el modelo constructivo de la antena EH Star o EH Estrella ya que para la aplicación se requiere, montarla en los carros de comunicaciones militares y mientras estos se encuentren en movimiento; esta antena es ideal pues consta de un modelo mecánico que es resistente al movimiento ya que en el otro caso de la antena EH, la cual consta de una red de acople que es la encargada de adaptar la antena a la línea de transmisión y está constituida por dos capacitores variables, los cuales una vez sintonizados pudieran cambiar de posición de ajuste durante el movimiento del carro. Por tanto se escogió el modelo de la EH Estrella ya que esta se ajusta de una forma más robusta debido a que es una soldadura en un tap de la bobina de sintonía. A partir de los resultados que se requerían alcanzar se comenzó a diseñar con un tubo de PVC blanco que no tuviese carbón en su estructura química y de un diámetro de 8,6 cm, unas láminas de aluminio de 30 cm de alto por 32 cm de largo que posteriormente se le fijaron al tubo mediante remaches, y un conductor eléctrico 12 AWG para desarrollar sus bobinas. Se escogió una relación de largo a diámetro de 3,4 para proporcionara un ángulo de disparo bajo y así poder lograr mantener las comunicaciones a más larga distancia de forma tal que pudiese cubrir todo el territorio nacional. Las bobinas fueron enrolladas en el mismo sentido, y es importante señalar que los dos conductores que pasan por el interior de la antena, uno es el que baja desde la bobina de desacople y el otro desde el borde superior del cilindro inferior, deben estar lo más separados posibles debido a la formación de altas corrientes electromagnéticas dentro de la antena por lo que se coloco el que baja de la bobina de sintonía por el centro del tubo, y el que baja desde el borde superior del cilindro inferior separado del tubo a un centímetro más o menos. La unión del cilindro superior con la bobina de desfase y la unión de el cilindro inferior deben estar a 180 grados respectivamente una de la otra. Posteriormente se pasó a realizar los ajustes de sintonía.. 36.

(37) 3.2 Análisis del proyecto realizado A continuación se muestra la figura 10 a y 10 b, la cual ilustra el proyecto realizado a partir de los datos seleccionados con vistas a alcanzar los resultados esperados.. Figura 10 a. Esquema de la antena EH. Figura 10b foto de la antena terminada.. seleccionada en el proyecto.. 37.

(38) El proyecto se desarrolló a partir de los siguientes materiales y datos como se muestran en la Figura 10. Lista de Materiales: Cilindro superior: 30 cm. Bobina de fase: 3 vueltas. Cilindro inferior: 30 cm. Bobina de sintonía: 21 vueltas. Bobina de fuente: 4 vueltas. Diámetro del tubo 8,6 cm. Conductor calibre 12 AWG, 0.02cm de diámetro. Conector para radiofrecuencia: PL, BNC, N, F etcétera.. Los elementos de la antena fueron montados sobre un tubo plástico blanco, primeramente se le colocó el cilindro superior y el inferior, los cuales se le fijaron con remaches. Una vez estos cilindros colocados se procedió a montar la bobina de desfase la cual se unió al cilindro superior a través de un remache, posteriormente se enrolló la bobina de sintonía y se le conectó su extremo a un conector PL, y más tarde se enrollo la bobina de fuente y se conectó al conector PL y luego al cilindro inferior por medio de un remache el conductor que lo une al conector PL; se tuvo en cuenta enrollar la bobinas en el mismo sentido y que los conductores internos de la antena estuviesen lo más separados posible. Inicialmente con estos datos de los elementos la antena resonaba fuera de la frecuencia deseada por lo que se fueron realizando los ajustes de sintonía moviendo la cantidad de vueltas de la bobina de sintonía y fue necesario ir quitándole vueltas, así en el principio esta tenia 21 vueltas y finalmente terminó con 15 vueltas. A continuación se muestra la tabla 3.1, la cual se describe a qué frecuencia resonaba la antena para la cantidad de vueltas en la bobina de sintonía.. Tabla 3.1. Cantidad de vueltas en la bobina de sintonía y frecuencia de resonancia. 38.

(39) Cantidad de vueltas de la bobina de sintonía. Frecuencia de resonancia. 21 vueltas. 5,1100 MHz. 19 vueltas. 5,8700 MHz. 17 vueltas. 6,3800 MHz. 15 vueltas. 7,2000 MHz. Siempre se mantuvo la cantidad de vueltas de la bobina de fuente y la de desfase solo fue necesario ir variándole la cantidad de vueltas a la bobina de sintonía y a la derivación de donde se conectaba la bobina de fuente. Con una derivación para la conexión de la bobina de fuente a 2,5 vueltas con respecto a tierra y 15 vueltas en la bobina de sintonía y manteniendo todos los otros valores del conjunto de elementos de la antena se logró ajustar a la frecuencia deseada es decir a 7,2 MHz con una buena relación de onda estacionaria la cual se muestra en la figura 12.. Figura 12. Ancho de banda de la antena EH para una ROE de 1:1,3. 39.

(40) Para calcular el ancho de banda fue necesario un medidor de ROE y un generador de frecuencia, primeramente se le colocó el medidor de ROE al generador y luego se colocó la línea de transmisión entre el generador y la antena, la cual fue colocada en el exterior del salón de pruebas y a una altura con respecto al suelo de 1 metro, posteriormente se procedió a hacer un barrido de frecuencia con el generador para poder ir observando las variaciones de impedancia de la antena a diferentes frecuencias, se consideró como aceptable una relación de onda estacionaria de 1 a 1.3 para proceder al cálculo del ancho de banda obteniendo como resultado al restar la frecuencia superior menos la inferior un ancho de banda de 130 kHz. Posteriormente se realizó el mismo cálculo de relación de onda estacionaria pero con un analizador de espectro, esta vez fue dentro del laboratorio y a una altura de un metro sobre el suelo el cual arrojó los mismos resultados antes alcanzados. Se realizaron contactos a la 13:30 horas con la estación CO2KK situada en Ciudad de La Habana y con la estación CM8ALS situada en Santiago de Cuba, la estación desde donde se realizaron las pruebas fue en el municipio de Manicaragua y se le inyecto a la antena. 50. Watts. Nota: todos estos resultados antes mencionados fueron realizados bajo la condición de. 1. metro de altura sobre el suelo, la antena se sujetó con un hilo aislante y se alimentó con una línea de transmisión de tipo coaxial RG-213 con impedancia de 50 ohms. A continuación se muestran los resultados obtenidos al colocar la antena en un vehículo en movimiento: Se pudo observar que la frecuencia de resonancia de la antena se movió alrededor de 100 kHz por lo que se procedió a sintonizarla nuevamente a la frecuencia central. Se realizaron las pruebas de comunicaciones con los materiales siguientes:. 40.

(41) -. Antena EH Estrella.. -. Radio transceptor FT-80C Yaesu.. -. Línea de transmisión cable coaxial RG-213 de 50 Ohms de impedancia y una longitud de 6 metros.. Las pruebas se realizaron alrededor de las 09:00 horas en el día 1 de junio de 2011. Primeramente se conectó la antena al vehículo mediante un tubo aislante a una separación de 1 metro del chasis del carro, luego se conectó el transmisor FT-80C a la alimentación del carro, y se unió la antena al transmisor mediante la línea de transmisión, se realizaron las pruebas en la frecuencia de 7,100 MHz y se pudo hacer contacto con las estaciones CO8ADK ubicada en Manzanillo, con la estación CO8ALM ubicada en Guantánamo, con la estación CO1JR ubicada en Pinar del Río, con la estación CO6WJ ubicada en Cienfuegos y con la estación CO6GS ubicada en el municipio de Palmira perteneciente a la provincia de Cienfuegos; se realizaron las comunicaciones con una potencia de 50 Watts. El vehículo tuvo un recorrido desde la Universidad Central ¨Marta Abreu¨ de Las Villas hasta el municipio de Camajuaní perteneciente a la provincia de Villa Clara. Durante el recorrido las condiciones de propagación de las ondas radioeléctricas fueron variando, con el embate del viento; por lo que se sugiere que la antena deba ser construida con materiales resistentes. Como observación es importante señalar que siempre la sintonía de la antena debe ser en el vehículo o lugar donde va a ser utilizada, debido que la presencia del suelo y de objetos cercanos influyen en su frecuencia de resonancia, por lo que es prudente montarla lo más separada posible de estos efectos.. 41.

(42) 3.3 Análisis económico A continuación se hace un desglose del costo de los materiales utilizados en el proyecto los cuales se muestran en la tabla 3.4. Materiales. Costo en moneda nacional. Tubo plástico de PVC de 110 mm de $ 4,49 x metro diámetro Lámina de aluminio.. De 1 metro cuadrado $ 4,50. Conductor eléctrico 12 AWG. $1,48 x metro. Caja de remaches. 100 unidades $3,54. Total del costo de fabricación de la antena. $19,99. Los costos de los materiales fueron tomados de la empresa de Seguridad y Protección Sociedad Anónima (SEPSA), perteneciente a la provincia de Cienfuegos. Si se compara con las antenas que actualmente se utilizan en esa frecuencia que son las antenas dipolos su costo es de $ 29.60 pesos, utilizando los mismos valores antes mencionados en la tabla, por lo que la fabricación de la antena EH reduce el costo de producción en $9.61 pesos por cada unidad que se fabrique; además de todas sus ventajas sobre las antenas dipolo. Por lo que se concluye que las antenas EH son económicamente más factibles que las antenas dipolos.. 42.

(43) 3.4 Conclusiones del capítulo Con este capítulo se puede concluir que los resultados alcanzados fueron los esperados, se logró una adecuada adaptación de la antena a la línea de adaptación, brindó una magnífica radiación y una elevada eficiencia, por lo que se considera que la antena cumplió todas las expectativas que se deseaban alcanzar, esto se demuestra con las mediciones antes señaladas y los contactos ya confirmados. También se puede señalar que la antena posee algunas limitaciones a tenerse en cuenta como es a su alta radiación cercana. de ondas. electromagnéticas, en la cual influye la posición de la línea de alimentación. Hay que señalar, además, que esta antena es sensible a la altura a la que es colocada, por lo que también esto se tiene que tener en cuenta para realizar un exhaustivo ajuste. con vistas a su correcto. funcionamiento; así como también es sensible a los objetos cercanos. Es importante señalar que las antenas dipolos que actualmente se utilizan tienen una cierta ventaja en algunos parámetros sobre las antenas EH en cuanto a la estabilidad de resonancia a la frecuencia que fueron construidas. En las pruebas que fueron realizadas, las estaciones que se contactaron con la antena dipolo, se reportó un mayor nivel de señal en sus radiorreceptores mientras que cuando se utilizó la antena EH hubo una disminución del nivel de señal, pero esto solo indica que las antenas dipolos son mejores en cuanto a las comunicaciones a larga distancia mientras que las antenas EH se pueden utilizar en las comunicaciones a corta distancia considerando que es capaz de cubrir toda la extensión del territorio nacional, lo cual se verifica con las estaciones contactadas.. 43.

(44) CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES Conclusiones. 1.. La antena se puede ajustar a la frecuencia calculada con un buen acople a la línea de trasmisión podiendo lograr una relación de onda estacionaria de 1:1.05. 2. La antena realizada por tener un ancho de banda de alrededor de los 100 kHz se considera como monobanda o de una banda estrecha, ya que al estar fuera de la frecuencia de resonancia la relación de onda estacionaria aumenta . 3. La antena posee una elevada eficiencia, por lo que le permite un buen aprovechamiento de la señal inyectada. 4. El ángulo de diparo se puede variar según como el fabricante desee, ya sea para comunicaciones a corta distancia característica, de antenas con ángulos de disparo alto o para comunicaciones a larga distancia característica de antenas con ángulos de disparo bajo, y esto se puede lograr con la relación longitud a diámetro seleccionada. 5. La antena no es independiente de los objetos cercanos, lo cual trae como afectación que pueda variar su frecuencia de sintonía al acercarla a los objetos circundantes, por tanto debe ser colocada lo más despejada posible. 6. La longitud de la línea de transmisión influye en la sintonía de la antena, por lo que cuando se realice la sintonía de la antena debe ser en el vehículo que se va a montar y con la línea que se va a utilizar y una vez sintonizada debe quedarse en el lugar de sintonía, y no debe moverse o esto afectará su sintonía.. 44.

(45) Recomendaciones. 1. Las pruebas de sintonía y ajuste de la antena no se deben realizar cerca de personas, ya que este tipo de antena crea la formación de ondas electrmagnéticas muy cercanas a ella, y pueden afectar la salud del operario que las esté realizando. 2. Se debe tener en cuenta la longitud de la línea de alimentación y su posición con respecto a la antena, debe estar lo más vertical posible ya que a alta radiación de ondas electromagnéticas cercanas de esta antena pues se puede inducir corrientes electromagnéticas en la línea de transmisión . 3. La antena no se debe montar en soportes metálicos al menos no completamente es decir la parte que soporta la antena debe ser algun material aislante por que esto puede afectar la sintonía de la antena. 4. La antena no se debe tocar mientras se ajusta o se prueba porque esto puede atentar contra la vida del operario.. 5. La sintonía de la antena se debe realizar sobre el vehículo en el cual se va a montar, debido a que su frecuencia de resonancia puede variar respecto al lugar donde se le realizó la sintonía.. 45.

(46) REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS. ALVAREZ, J. 2007. Propagación Básica de las Ondas Electromagnéticas [Online].. Available: http://members.fortunecity.es/unitec/probasic.htm [Accessed 23 de marzo 2007].. ARRL 1998. The ARRL Antenna Book. 18th ed.: The American Radio Relay League, Inc.. BALANIS, C. A. 1997. Antenna Theory. Analysis and Design, John Wiley & Sons, Inc.. BUTLER, L. Febrary, 2003. Some new thoughts on how the eh dipole works (the H field generated. by. the. longitudinal. E. field).. Available:. http://www.qsl.net/vk5br/EHAntennaTheory.htm).. COLLAZO, N. M. 1991. Manual del Sistema Internacional de Unidades.. CUTLER, C. C., KING, A. P. & KOCK, W. E. Microwave Antenna Measurements, Proc. I.. R. E.GALASTRI, S. April, 2002. How to build and tune your EH Ham Antenna.. Available: www.eh-antenna.com.. HART, T. October 2002. EH Antenna - Definition. Available: http://www.eh-antenna.com.. IEEE 1979. IEEE Standard Test Procedures for Antennas.. IEEE 1983. IEEE Standard Definitions of Terms for Antennas. IEEE Inc. 46.

(47) JASIK, H. 1961. ANTENNA ENGINEERING HANDBOOK.. JORDAN, E. C. 1960. Electromagnetic Waves and Radiating Systems, La Habana.. JORDAN, E. C. & BALMAIN, K. G. (eds.) 1978. Ondas electromagnéticas y sistemas. radiantes, Madrid: PARANINFO S. A.. KRAUS, J. D. 1966. ANTENNAS, La Habana.. M., F. J. J. 2007. Radiación y Radiocomunicación [Online]. Available: http://www.personal.us.es/murillo/docente/radio/Radioprincipal.htm [Accessed 14 de marzo 2007].. MARKOV, G. & SAZONOV, D. 1989. Antenas, Moscú.. STUTZMAN, W. L. & THIELE, G. A. 1981. ANTENNA THEORY AND DESIGN.. 47.

(48) ANEXOS. Anexo I. Software de cálculo de antenas EH (Solo disponible en formato digital). Software de calculo de antenas EH ,. Hoja de cálculo de antenas EH. Anexo II. Galería de fotos (Solo disponible en formato digital). Galería. Anexo III. Fórmulas para el cálculo de algunos elementos y parámetros.. 1. Capacitancia: C (pf)= 0,546*(L/D)*D+2,06*D.. 2. Ancho de banda aproximado: BW (kHz)= R*C*6.28*F^2/1000.. 3. Longitud estimada de la antena: L=D+2*D*L/D. 5. Resistencia de radiación: RR (Ohm) = Xc * BW/ (F*1 000).. 48.

(49) Anexo IV. Datos prácticos para la realización de una antena EH.. 49.

(50)