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.
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TECSUN S2000
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TECSUN PL-660
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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.
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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. |
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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$15 en USA. Lo interesante de esta antena activa
(requiere pilas), aparte de su precio, es que permite "sintonizar"
la antena a la frecuencia deseada. Note que este modelo es demasiado similar
a la KAITO
KA33. |
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En el mercado se encuentra disponible una
serie de antenas 'activas' de interior multibandas, de muy buen desempeño. Por ejemplo, la antena MFJ
1020C, que tiene un valor de US$ 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$120 |
En el grupo de las antenas loop monobandas pasivas que uno puede
construir en casa se encuentran las siguientes:
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La antena que se muestra aquí la ofrecen
por internet en Ebay con el nombre de 'TG39 Indoor Active Loop Antenna'. Parece artesanal, pero está bastante bien
terminada. Su precio es de US$ 50 en USA. |
Esta es una versión redonda, que puede ser
más fácil de construir que la versión cuadrada.
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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/).
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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:
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:
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:
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Loop Cuadrada |
Loop Redonda |
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Applet: |
Applet: |
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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. |
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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):
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La inductancia que se obtiene con el
applet es de 5.848,0 microHenrios:
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Sin embargo, el programa Rjeloop3.exe
arroja 3.181,2 microHenrios.
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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:
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