ANTENA LOOP PARA ONDA CORTA (sólo recepción)

 

Por Sergio Zuniga, CE2CG

La Serena, Chile – 18 de septiembre de 2011.

 

 

            Un creciente número de radioaficionados está comprando receptores de radio para escuchar las estaciones clásicas de onda corta de larga distancia, las estaciones de radioaficionados que transmiten en HF en banda lateral (SSB), y también para mantenerse QAP ante una emergencia. Esta tendencia se debe a la reducción en el precio de estos aparatos, y también a que la edad promedio de los colegas que hacemos HF es cada vez mayor, y como en la tercera edad queremos vivir donde existan buenos servicios médicos, nos vamos a vivir en departamentos de zonas altamente pobladas. Por lo anterior, nuestras posibilidades de transmitir por HF son cada vez menores, resignándonos a quedarnos solamente a la escucha.

 

            Hay que tener claro que muchas de las estaciones de onda corta de los años 60-80 ya han desaparecido, dada la migración a la transmisión por internet o por satélites (con una antena parabólica con un decodificador apropiado, se pueden recibir estaciones extranjeras casi sin ruido). Sin embargo nosotros, los radioaficionados antiguos, somos por naturaleza románticos, y queremos escuchar radio de la misma manera, es decir a la antigua.

 

            Si buscamos un buen receptor de radio de onda corta, en mi opinión, los mejores son los mismos trasmisores de HF de estado sólido banda corrida, incluyendo los Kenwood, Icom y Yaesu. Lo que hay que verificar es que sean efectivamente de estado sólido (menor tamaño), y de banda corrida en recepción. El precio de estos equipos usados es actualmente de unos $200.000 a $300.000 en Chile.

 

            Pero hay tres  consideraciones importantes que nos pueden llevar, correcta o erradamente, a elegir otra alternativa. Una es el precio, la segunda es la portabilidad, y la tercera son las antenas. Actualmente se ofrecen receptores modernos tales como los TECSUN S2000 por US$ 250 puestos en USA, el Tecsun BCL-3000 (con la apariencia del cásico Grundig S350), y el más popular hoy en día que es el Tecsun PL-660 que se encuentra en unos US$90 en USA. Su ventaja es el precio, y obviamente su portabilidad, ya que se pueden poner en el velador sin levantar mayores sospechas por parte de alguna cónyuge perspicaz, y en eso estoy de acuerdo. Sin embargo el tema que me interesa comentar aquí es el de la antena.

 

TECSUN S2000

TECSUN PL-660

 

            Existe la creencia de que estos equipos pueden recepcionar las estaciones de onda corta con solo encenderlos y estirar su telescópica antena incorporada. Obviamente esto es un error. Ya pasaron los tiempos es que el espectro radial estaba casi despejado. Estamos llenos de estaciones broadcasting locales irradiando con tremendas potencias, routers inalámbricos, teléfonos celulares, etcétera. No nos formemos falsas expectativas. Habrá un par de noches al mes en que las condiciones permitan que la antena telescópica incorporada funcione, pero esas serán las excepciones, a menos claro está, que Ud. viva en una zona rural. Es interesante leer este artículo donde se muestra los decibeles de ruido atmosférico causado por el hombre en las diferentes bandas.

 

            Esa es la parte mala de la historia. La parte buena, es que podemos construir o comprar antenas de recepción pequeñas e interiores, para mejorar sustancialmente muestra recepción.

 

 

ANTENAS INTERIORES ALTERNATIVAS

 

            La solución que a uno se le viene primero a la mente, consistente en conectar un largo alambre al receptor, es caso seguro que no le servirá, a menos que por azar acierte en el largo. Puesto que una antena es básicamente un circuito resonante, ésta funcionará eficientemente para un limitado rango de frecuencias.

 

            Pero afortunadamente existen soluciones económicas, sin necesidad de enredarse mucho en los cálculos.

 

Las antenas pasivas más simples son las loop que vienen incluidas en casi todos los minicomponentes que se venden en el mercado.

 

La foto de la izquierda  muestra una antena típica para las radios comerciales de AM, de entre 540 kHz a 1600 kHz.

 

Esta antena contiene unas 8 a 10 vueltas de cable en un cuadrado de 12x14cm.

 

Podría ser el primer paso para mejorar la recepción.

Una segunda opción que se puede comprar es la KESTREL W31MS Indoor MW/SW Receiver Active Loop Antenna. El rango de frecuencias que cubre es:

MW : 531 -1602KHz, y SW : 3.9 - 22.00MHz

 

Su costo es de US$15 en USA.

 

Lo interesante de esta antena activa (requiere pilas), aparte de su precio, es que permite "sintonizar" la antena a la frecuencia deseada. Note que este modelo es demasiado similar a la KAITO KA33.

http://i.ebayimg.com/t/MFJ-1020C-New-Indoor-Tuned-Active-SWL-Antenna-/00/$(KGrHqF,!iME4swEBH-wBO(PEF0(,w~~60_3.JPG

En el mercado se encuentra disponible una serie de antenas 'activas' de interior multibandas, de muy buen desempeño.

 

Por ejemplo, la antena MFJ 1020C, que tiene un valor de US$ 100 en USA, que permite operar eficientemente en 5 bandas distintas.

 

Antenas similares son las siguientes:

AMECO en US$75

AOR  en US$ 370

PALSTAR AA30 en US$120

 

 

En el grupo de las antenas loop monobandas pasivas que uno puede construir en casa se encuentran las siguientes:

 

La antena que se muestra aquí la ofrecen por internet en Ebay con el nombre de 'TG39 Indoor Active Loop Antenna'.

 

Parece artesanal, pero está bastante bien terminada.

 

Su precio es de US$ 50 en USA.

 

Esta es una versión redonda, que puede ser más fácil de construir que la versión cuadrada.

 

http://ecx.images-amazon.com/images/I/41TlrbED2YL.jpg

 

 

CALCULANDO UNA ANTENA INTERIOR (LOOP-PASIVA)

 

            Como siempre el principio básico es que, ceteris paribus, mientras más grande mejor es la antena, en términos de que más estaciones de radio e podrán recibir. Los cálculos que siguen se aplican a una antena monobanda.

 

Materiales: Se necesita solamente un condensador variable (esos de las radios antiguas), un poco de madera o PVC para el soporte, y alambre esmaltado.

 

El circuito básico se muestra abajo (http://earmark.net/gesr/loop/).

http://earmark.net/gesr/loop/Image23.gif

La señal que es recibida por la antena va conectada al receptor de radio (signal).

 

La otra conexión terminal es a tierra (ground).

 

Se puede apreciar la posición en la que va conectado el condensador variable.

 

Nótese que la antena de la izquierda es del tipo 'espiral', aunque los cálculos que siguen abajo son para antenas del tipo 'edge wound', donde todas las vueltas del alambre tienen igual longitud.

 

Este es el tipo de condensador variable que estamos hablando:

http://4sale.sbszoo.com/caps/Vcap6.jpg

 

            Para construir la antena necesitamos una fórmula que nos indique la inductancia dado el número de vueltas del alambre y el largo del perímetro que se usará para la antena loop. Una vez estimada la inductancia, al agregar el condensador variable  podremos  calcular la frecuencia donde resonara la antena. El condensador variable generalmente tiene una capacitancia que va de 9,6 a 365pF.

 

            La fórmula de resonancia es:

http://earmark.net/gesr/loop/loop_resonance.gif

donde

fo es la frecuencia de resonancia en Hz

L es la inductancia de la loop en Henrios

C es la capacitancia de la loop en Faradios

 

Sea:

N: numero de vueltas del alambre

W: largo de cada lado del cuadrado (cm) en el caso de una loop cuadrada

R: radio del círculo (cm) en el caso de una loop redonda

a: radio del alambre (cm) usado para construir la antena

μr: permeabilidad relativa del medio (la permeabilidad del aire, para propósitos prácticos, es 1 en el sistema cgs)

μo: constante física de permeabilidad en el vacío ()

 

            La inductancia del loop (en nanoHenrios) de acuerdo a las fórmulas de la Missouri University of Science - EMC Center, viene dada por:

Loop Cuadrada

Loop Redonda

formula for square loop

Applet:

http://emclab.mst.edu/inductance/square.html

formula for circular loop

Applet:

http://emclab.mst.edu/inductance/circular.html

Ejemplo:

Datos

N: 22 vueltas del alambre

W: 30 cm es largo de cada lado del cuadrado (cm)

a: 0,0512 cm de radio de alambre esmaltado 18AWG (0,1024 cm de diámetro)

μr: 1

 

Resultado usando el applet que se indica en el link de arriba = inductancia es de 650.400 nanohenrios (nH), es decir 650,4 micro Henrios (mH). Esta es la inductancia de la antena loop cuadrada anterior.

Ejemplo:

Datos

N: 100 vueltas del alambre

W: 26 cms, que es radio aproximado de una llanta de bicicleta mediana.

a: 0,0512 cm de radio de alambre esmaltado 18AWG (0,1024 cm de diámetro)

μr: 1

 

Resultado usando el applet que se indica en el link de arriba = inductancia es de 20.610.000 nanohenrios (nH), es decir 20.610 mH. Esta es la inductancia de la antena loop redonda anterior.

Haciendo los cálculos, obtenemos que la antena podrá resonar entre:

frec. máxima, con el condensador en 9,6pF=2,0 Mhz

frec. media con el condensador en 160pF=493,4 khz

frec. mínima con el condensador en 365pF=326,7 khz

 

Es decir, se tiene una antenita que funcionará bastante bien en ese rango de trabajo.

Haciendo los cálculos, obtenemos que la antena podrá resonar entre:

frec. máxima, con el condensador en 9,6pF=359 khz

frec. media con el condensador en 160pF=88 khz

frec. mínima con el condensador en 365pF=58 khz

 

Es decir, se tiene una antenita que funcionará bastante bien para el rango 88-108 de las radios broadcasting AM.

 

            El programa Rjeloop3.exe desarrollado por G4FGQ arroja resultados similares.

Por ejemplo, si el largo de un lado del cuadrado es 66 cm, y se trata de 40 vueltas, y el radio del alambre es de 0,3 mm (0,03mm):

La inductancia que se obtiene con el applet es de 5.848,0 microHenrios:

Sin embargo, el programa Rjeloop3.exe arroja 3.181,2 microHenrios.

http://web.tiscalinet.it/vlfradio/easyloop/g4fgqloop.gif

Si se quiere que la frecuencia de resonancia sea 2kHz, entonces se requiere de una capacitancia de:

 

a) 1.080.000 picoFaradios con el applet

b) 1.990.594 picoFaradios con Rjeloop3.exe

 

El origen de la diferencia seguramente se encuentra en los diferentes supuestos de cada fórmula.

 

 

CONSTRUYENDO UNA ANTENA INTERIOR (LOOP-PASIVA)

 

            En mi caso, construí junto con Sergio, CE6IHY, una antena loop cuadrada cuyas medidas se indicaron en el ejemplo de arriba.

La antena se muestra en la foto de abajo:

 

DSCF2004

 

            Los resultados al conectar esta antena a una radio portátil son muy buenos. Se nota de inmediato la mejora en la recepción.

 

 

RECOMENDACIONES FINALES

 

            Si bien la antena loop que construimos funciona apropiadamente, es poco estética como para usarla en el dormitorio. Adicionalmente se tiene la limitación de que es monobanda, y que es pasiva. En consecuencia, a los precios actuales resulta muy conveniente encargar una de fábrica, como la KESTREL W31MS, la que opera en todo el rango deseado. Si esta antena no fuera suficientemente eficiente, habría que pensar en una antena como la MFJ 1020C.

 

            A pesar de lo anterior, bien valió la entretención que proporcionó el recopilar la información anterior, y construir nuestra primera antena loop.

 

 

Si alguien puede aportar ideas o correcciones al artículo, son bienvenidas.

 

Saludos cordiales desde el Cerro Grande de La Serena - Chile.

 

Sergio Zuniga – CE2CG

septiembre de 2011

 

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