10/01/2016
Cuando pensamos en diseñar una antena de bucle de onda completa, a menudo buscamos una fórmula sencilla que nos dé la longitud exacta del cable. La fórmula tradicional, que sugiere una longitud de aproximadamente 306 metros dividida por la frecuencia en MHz, es un punto de partida conocido. Sin embargo, como veremos, esta fórmula es solo una estimación muy general y no es suficiente para obtener un diseño preciso y optimizado.
El diseño efectivo de una antena de bucle de onda completa es considerablemente más complejo. Las dimensiones finales, incluyendo la longitud total del cable, la anchura, la altura y la forma específica del bucle, dependen de una variedad de factores críticos. Estos factores incluyen la forma geométrica del bucle (rectangular, diamante, delta, etc.), el calibre y tipo de aislamiento del cable utilizado, la altura a la que se instalará la antena sobre el terreno y las características del propio terreno, así como la impedancia deseada en el punto de alimentación.
Dado que la fórmula tradicional no puede tener en cuenta todas estas variables interrelacionadas, los diseñadores y radioaficionados experimentados recurren a menudo a tablas de dimensiones calculadas mediante modelos computacionales o a la experimentación práctica. La información detallada que se ha proporcionado, por ejemplo, se basa en modelos que consideran estos factores para ofrecer dimensiones nominales para diversas configuraciones, frecuencias e impedancias.
Factores Clave que Afectan el Diseño
Entender los factores que influyen en las dimensiones es crucial. La forma del bucle es uno de los más importantes. Un bucle rectangular, un diamante o un delta tendrán diferentes distribuciones de corriente y voltaje, lo que afecta su impedancia de alimentación y su patrón de radiación. La forma también influye en cómo se ve afectada la antena por el suelo.
El calibre del cable también juega un papel. Un cable más grueso o con aislamiento requerirá una longitud ligeramente diferente para la misma frecuencia resonante en comparación con un cable más delgado o desnudo. Aunque el texto menciona que para bucles de 50 ohmios, usar cable más grueso es una buena idea debido a las mayores corrientes, también señala que, a diferencia de los dipolos, un cable más grueso en un bucle requiere *más* longitud.
La altura sobre el terreno es otro factor crítico, especialmente para la polarización vertical o cuando parte del bucle está cerca del suelo. La interacción capacitiva con el suelo puede alterar significativamente la impedancia y las dimensiones de resonancia, haciendo que la fórmula simple sea aún menos fiable. Por ejemplo, los bucles rectangulares polarizados verticalmente con el cable inferior a una altura fija (como 3 metros) no escalan linealmente con la frecuencia debido a esta interacción.
Finalmente, la impedancia deseada en el punto de alimentación (como 50, 75, 112 o 200 ohmios) determina la relación entre las dimensiones del bucle. Por ejemplo, para un bucle rectangular horizontal, variar la relación entre los lados verticales y horizontales permite ajustar la impedancia. Bucles con impedancias más altas tienden a tener una mayor anchura de banda SWR, lo cual es una ventaja práctica.
Formas Comunes de Bucles de Onda Completa
El texto describe varias formas comunes y sus aplicaciones típicas:
- Bucles Rectangulares: Convenientes para polarización horizontal cuando se usan separadores rígidos o se cuelgan entre dos soportes altos. Para polarización vertical a bajas alturas, la interacción con el suelo es muy relevante.
- Bucles Diamante: Útiles para colgar de un solo soporte alto, como una caña de pescar de fibra de vidrio. Permiten una rotación más fácil con un solo punto de apoyo.
- Bucles Delta: El delta con el punto hacia abajo es conveniente para un soporte superior rígido o colgado entre dos árboles, similar a un dipolo. El delta con el punto hacia arriba es la forma más común para polarización vertical con un solo soporte alto.
La elección de la forma a menudo depende más de la disponibilidad de soportes que de diferencias significativas en el rendimiento de radiación, aunque la forma sí influye notablemente en la impedancia y, por lo tanto, en las dimensiones relativas.
Impedancia y Adaptación
Las antenas de bucle de onda completa pueden diseñarse para diversas impedancias en el punto de alimentación. Las impedancias comunes mencionadas son:
- 50 ohmios: Pueden ser alimentadas directamente con cable coaxial de 50 ohmios. Tienden a tener la menor anchura de banda SWR.
- 75 ohmios: También pueden ser alimentadas directamente con coaxial de 75 ohmios. Tienen una anchura de banda SWR un poco mayor que las de 50 ohmios.
- 112 ohmios: Diseñadas para ser adaptadas a 50 ohmios utilizando un cuarto de onda de cable coaxial de 75 ohmios. Tienen una anchura de banda SWR mayor que las de 75 ohmios.
- 200 ohmios: Se pueden adaptar utilizando un balun 4:1 o un cuarto de onda de línea de transmisión de 100 ohmios. Ofrecen la mayor anchura de banda SWR.
La elección de la impedancia dependerá del equipo de radio (si puede trabajar directamente con 75 ohmios), de la facilidad para conseguir cable de adaptación o balunes, y de la anchura de banda operativa deseada.
Ejemplos de Dimensiones (Basados en Datos Proporcionados)
Para ilustrar cómo las dimensiones varían, consideremos algunos ejemplos de las tablas proporcionadas, sin listar todas las entradas. Estos ejemplos muestran la longitud total del cable, la anchura y la altura para diferentes frecuencias, formas e impedancias.
Bucle Rectangular Horizontal - 50 ohmios (Cable desnudo de 1 mm, parte superior a 0.75 longitudes de onda)
Aquí se muestra cómo varían las dimensiones para este tipo de bucle, que tiende a tener una relación de ancho a alto de aproximadamente 2:1:
| Frecuencia (MHz) | Longitud Cable (m) | Anchura (m) | Altura (m) | Anchura Banda 2:1 SWR (MHz) |
|---|---|---|---|---|
| 7.1 | 44 | 7.3 | 14.7 | 0.15 |
| 14.1 | 22.2 | 3.7 | 7.4 | 0.32 |
| 28.4 | 11.1 | 1.85 | 3.7 | 0.70 |
Nótese cómo, para mantener los 50 ohmios y la resonancia a medida que aumenta la frecuencia (disminuye la longitud de onda), todas las dimensiones se reducen proporcionalmente.
Bucle Delta Horizontal (Punto abajo) - 200 ohmios (Cable desnudo de 1 mm, parte superior a 0.5 longitudes de onda)
Estos bucles son más anchos que altos y tienden a tener una anchura de banda SWR considerablemente mayor:
| Frecuencia (MHz) | Longitud Cable (m) | Anchura (m) | Altura (m) | Anchura Banda 1.5:1 SWR (MHz) |
|---|---|---|---|---|
| 7.1 | 44.4 | 17.2 | 10.5 | 0.34 |
| 14.1 | 22.5 | 8.7 | 5.33 | 0.70 |
| 28.4 | 11.22 | 4.5 | 2.5 | 1.50 |
Observe la diferencia en la relación ancho/alto comparada con los bucles rectangulares de 50 ohmios y la mayor anchura de banda.
Bucle Rectangular Vertical - 50 ohmios (Cable desnudo de 1 mm, cable inferior a 3m del suelo)
La interacción con el suelo a baja altura altera significativamente las proporciones y la escalabilidad:
| Frecuencia (MHz) | Longitud Cable (m) | Anchura (m) | Altura (m) | Anchura Banda 2:1 SWR (MHz) |
|---|---|---|---|---|
| 1.85 | 163 | 67 | 14.5 | 0.035 |
| 7.1 | 43.5 | 16.25 | 5.5 | 0.16 |
| 14.1 | 22.1 | 7.86 | 3.2 | 0.32 |
Aquí la relación ancho/alto cambia considerablemente con la frecuencia, siendo mucho mayor a bajas frecuencias (4:1 en 1.85 MHz) debido al efecto fijo de la altura del cable inferior.
Ajuste y Optimización
Incluso utilizando dimensiones basadas en modelos precisos, siempre se requerirá un ajuste final una vez instalada la antena. Los factores del entorno real, como la presencia de objetos cercanos, el tipo de terreno local y la forma exacta en que se tensa el cable, pueden causar pequeñas variaciones. La longitud total del cable afecta principalmente la frecuencia de resonancia (acortar el cable la aumenta, alargarlo la disminuye). Para ajustar la impedancia y afinar la SWR, se puede modificar ligeramente la forma del bucle, por ejemplo, ajustando la relación entre la anchura y la altura (hacerlo más ancho y corto generalmente aumenta la impedancia, más estrecho y alto la disminuye).
La anchura de banda SWR es una consideración importante. Los bucles de baja impedancia (50 ohmios) suelen tener una anchura de banda más estrecha que los de alta impedancia (200 ohmios). Esto significa que un bucle de 200 ohmios puede cubrir una porción más amplia de una banda de frecuencia con un SWR bajo que un bucle de 50 ohmios, lo que puede ser ventajoso para operar en diferentes segmentos de una banda sin necesidad de sintonizador de antena.
Limitaciones y Consideraciones Prácticas
Es vital recordar las limitaciones de las dimensiones nominales proporcionadas. Se calculan para condiciones específicas (calibre de cable, altura, tipo de suelo genérico). Variaciones en estos parámetros requerirán ajustes. La forma en que se fijan las esquinas y el punto de alimentación también puede tener un efecto menor.
Aunque el texto se centra en bucles de onda completa, es importante destacar que existen otros tipos de antenas de bucle (como los bucles magnéticos o los bucles de media onda) que tienen principios de diseño y aplicaciones diferentes. La información proporcionada aquí se refiere específicamente a los bucles de onda completa utilizados comúnmente en bandas de radioafición.
Preguntas Frecuentes sobre Antenas de Bucle de Onda Completa
A continuación, respondemos algunas preguntas comunes basadas en la información presentada:
¿Por qué la fórmula 306/MHz no es fiable?
Esta fórmula es una generalización que asume un bucle ideal en el vacío y no considera factores del mundo real como la forma específica del bucle, la altura sobre el terreno, el tipo de suelo, el calibre del cable y la impedancia deseada. Estos factores alteran la velocidad de propagación de la onda a lo largo del cable y la reactancia de la antena, haciendo que la longitud resonante real y la impedancia varíen significativamente.
¿Son mejores las antenas de bucle de onda completa que otras antenas como los dipolos?
El texto no compara directamente el rendimiento general con otras antenas, pero señala que la elección de la forma a menudo depende de los soportes disponibles. Los bucles de onda completa tienen características diferentes, como una impedancia de alimentación y un patrón de radiación que pueden ser ventajosos en ciertas situaciones. Por ejemplo, los bucles delta horizontales con el punto hacia abajo pueden ser convenientes para colgar entre árboles, y los bucles delta verticales con el punto hacia arriba solo requieren un soporte alto.
¿Puedo escalar las dimensiones de una banda a otra usando una simple proporción?
Sí, para ciertas configuraciones (como los bucles rectangulares horizontales de 50 ohmios con la parte superior alta) las dimensiones escalan bastante bien. Sin embargo, para bucles donde la interacción con el suelo es significativa (como los bucles verticales a baja altura con el cable inferior fijo a 3m), las dimensiones no escalan linealmente con la frecuencia debido a que la altura fija del cable inferior representa una fracción diferente de la longitud de onda en cada banda.
¿Qué tan importante es el ajuste fino?
El ajuste fino es bastante importante para lograr un bajo SWR en la frecuencia deseada. Aunque las dimensiones nominales dan un excelente punto de partida, las variaciones en la instalación y el entorno local hacen que sea casi siempre necesario ajustar la longitud total del cable (para la frecuencia) y la forma (para la impedancia/SWR) para optimizar el rendimiento.
¿La anchura de banda SWR es la misma para todos los bucles?
No, la anchura de banda SWR varía significativamente con la impedancia de diseño. Los bucles diseñados para 50 ohmios tienen una anchura de banda más estrecha que los bucles diseñados para 200 ohmios. Los bucles de 112 y 75 ohmios tienen anchuras de banda intermedias. Una mayor anchura de banda permite operar en un rango de frecuencias más amplio sin necesidad de un acoplador de antena.
Conclusión
En resumen, el diseño de una antena de bucle de onda completa es un proceso que va mucho más allá de la aplicación de una fórmula básica. Requiere considerar cuidadosamente la forma deseada, la impedancia de alimentación, la altura de instalación, el calibre del cable y la interacción con el terreno. Las tablas de dimensiones basadas en modelos precisos, como las mencionadas, proporcionan el punto de partida más fiable para la construcción. Con un ajuste cuidadoso una vez instalada, es posible optimizar la antena para lograr un bajo SWR y un rendimiento eficiente en las bandas de interés. La información detallada sobre cómo estos factores se interrelacionan es la clave para el éxito en el diseño y construcción de estas versátiles antenas.
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